JP2012039967A - Heat-resistant cellobiohydrolase and use thereof - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide cellobiohydrolase II excellent in the heat resistance, and the use thereof.SOLUTION: A protein with cellobiohydrolase activity includes an amino acid sequence with one or two amino acid substitutions selected from kinds of mutation at 16 positions in the amino acid sequence composed of a specific sequence.

Description

本発明は、バイオマスに含まれるセルロースを有効利用するためのセロビオヒドロラーゼ及びその利用に関する。   The present invention relates to cellobiohydrolase for effectively utilizing cellulose contained in biomass and use thereof.

セルロースは、糖であるグルコースがβ−1,4グリコシド結合によって縮合した高分子化合物であり、分子間水素結合により強固な結晶構造を構成している。セルロースを分解し、さらに、グルコースに糖化し発酵原料として用いるには、セルロースを単糖まで分解(糖化)するには、エンドグルカナーゼ、セロビオヒドロラーゼ及びβ−グルコシダーゼという、少なくとも3種類のセルラーゼ(セルロース分解酵素)の相乗効果が必要である。   Cellulose is a polymer compound in which glucose, which is a sugar, is condensed by β-1,4 glycosidic bonds, and constitutes a strong crystal structure by intermolecular hydrogen bonding. In order to decompose cellulose and further saccharify it into glucose and use it as a raw material for fermentation, in order to decompose cellulose into monosaccharide (saccharification), at least three types of cellulases (cellulose, endoglucanase, cellobiohydrolase and β-glucosidase) A synergistic effect of degrading enzymes).

セルロース分解活性に優れたセロビオヒドロラーゼとして、ファネロケーテ・クリソスポリウム(Phanerochaete chrysosporium)由来のセロビオヒドロラーゼII(GHF6)が知られている(特許文献1、非特許文献1)。また、セルロースの分解反応は反応時の温度が高いほど分解効率がよいことが知られている。   Cellobiohydrolase II (GHF6) derived from Phanerochaete chrysosporium is known as a cellobiohydrolase with excellent cellulolytic activity (Patent Document 1, Non-Patent Document 1). Further, it is known that the decomposition efficiency of cellulose is higher as the temperature during the reaction is higher.

特開2010−41996号公報JP 2010-41996 A

Uzcatsguiら、J.Biotechnol.19(2-3):271-85Uzcatsgui et al. Biotechnol. 19 (2-3): 271-85

しかしながら、P. chrysosporium由来のセロビオヒドロラーゼIIは、耐熱性が低く、高い分解効率の見込まれる高温でのセルロース分解反応には利用しにくかった。   However, cellobiohydrolase II derived from P. chrysosporium has low heat resistance and is difficult to use for the cellulose decomposition reaction at a high temperature at which high decomposition efficiency is expected.

そこで、本明細書の開示は、耐熱性に優れるセロビオヒドロラーゼII及びその利用を提供することを、目的とする。   Accordingly, an object of the present disclosure is to provide cellobiohydrolase II excellent in heat resistance and use thereof.

本発明者らは、P. chrysosporium由来のセロビオヒドロラーゼIIの耐熱性向上を目的として、多数の改変体を作製したところ、野生型セロビオヒドロラーゼIIに比較して耐熱性に優れた改変体を見出すことができた。本明細書の開示は、これらの知見に基づいて提供される。   The inventors of the present invention have produced a large number of variants for the purpose of improving the heat resistance of cellobiohydrolase II derived from P. chrysosporium. I was able to find it. The disclosure herein is provided based on these findings.

本明細書の開示によれば、セロビオヒドロラーゼ活性を有するタンパク質であって、配列番号2で表されるアミノ酸配列において以下に示すアミノ酸置換の表から選択される1又は2以上のアミノ酸置換に相当するアミノ酸置換を有するアミノ酸配列を備える、タンパク質が提供される。   According to the disclosure of the present specification, a protein having cellobiohydrolase activity, which corresponds to one or more amino acid substitutions selected from the amino acid substitution table shown below in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2. A protein comprising an amino acid sequence having an amino acid substitution is provided.

さらに、本明細書の開示によれば、こうしたタンパク質のいずれかをコードするDNAが提供され、当該DNAを含む発現用DNAコンストラクト、当該発明用DNAコンストラクトによって形質転換された細胞が提供される。さらに、本明細書の開示によれば、上記タンパク質を含むセルラーゼ組成物及びセルロースを含む材料と上記タンパク質とを接触させる工程を含む、セルロースの分解方法、セルロースを含む材料を、上記タンパク質を含む2種以上のセルラーゼの存在下、発酵用微生物を培養する工程を含む、有用物質の生産方法が提供される。   Further, according to the disclosure of the present specification, DNA encoding any of these proteins is provided, and an expression DNA construct containing the DNA and a cell transformed with the DNA construct of the invention are provided. Further, according to the disclosure of the present specification, the cellulase composition containing the protein and the cellulose-containing material and the protein are brought into contact with each other. Provided is a method for producing a useful substance, comprising a step of culturing a fermentation microorganism in the presence of one or more cellulases.

PcCBH2のアミノ酸配列(上段)と耐熱化変異候補部位のアミノ酸置換(下段に表示)を示す図である。It is a figure which shows the amino acid substitution (displayed in the lower stage) of the amino acid sequence of PcCBH2 (upper stage), and a heat-resistant mutation candidate site | part. 耐熱化候補変異体とその耐熱温度を示す図である。It is a figure which shows a heat-resistant candidate mutant and its heat-resistant temperature. 耐熱化候補変異体の耐熱温度と熱処理前のPSC分解活性との関係とを示す図であり、初期配列の変異体5−6(黒四角)と各耐熱性候補変異体(×)とを示すIt is a figure which shows the relationship between the heat-resistant temperature of a heat-resistant candidate mutant, and the PSC decomposition | disassembly activity before heat processing, and shows the mutant 5-6 (black square) of an initial sequence, and each heat-resistant candidate mutant (x) 52℃環境下での有利変異を持つ変異体の残存活性値を示す図である。It is a figure which shows the residual activity value of the variant which has an advantageous variation | mutation in a 52 degreeC environment. 第2世代の有利変異の蓄積実験結果を示す図である。It is a figure which shows the accumulation | storage experiment result of the 2nd generation advantageous mutation. 第3世代の有利変異の蓄積実験結果を示す図である。It is a figure which shows the accumulation | storage experiment result of the 3rd generation advantageous mutation. 第4世代の有利変異の蓄積実験結果を示す図である。It is a figure which shows the accumulation | storage experiment result of the 4th generation advantageous mutation. 第5世代の有利変異の蓄積実験結果を示す図である。It is a figure which shows the accumulation | storage experiment result of the 5th generation advantageous mutation. 第6世代の有利変異の蓄積実験結果を示す図である。It is a figure which shows the accumulation | storage experiment result of the 6th generation advantageous mutation. スクリーニング実験の耐熱試験結果を示す図である。It is a figure which shows the heat test result of a screening experiment. スクリーニングで得られた変異体の耐熱性評価結果を示す図である。It is a figure which shows the heat resistance evaluation result of the mutant obtained by screening. 各世代の耐熱化変異体の耐熱試験結果を示す図である。It is a figure which shows the heat test result of the heat-resistant variant of each generation. 50℃環境下での耐久性評価結果を示す図である。It is a figure which shows the durability evaluation result in 50 degreeC environment. 有利変異の蓄積効果を示す図であり、初期配列を四角、Mall4を三角、各世代の耐熱化変異体をダイヤで示す。It is a figure which shows the accumulation effect of an advantageous variation | mutation, an initial stage arrangement | sequence is a square, Mall4 is a triangle, and the heat-resistant variant of each generation is shown by a diamond. 酵母発現精製セルラーゼの比活性評価結果を示す図である。It is a figure which shows the specific activity evaluation result of yeast expression refinement | purification cellulase. 耐熱化変異体の耐熱性評価結果を示す図であり、試験管内合成した変異体を黒色、酵母で発現精製した変異体を灰色で示す。It is a figure which shows the heat-resistant evaluation result of a heat-resistant variant, and shows the mutant which carried out the expression refinement | purification with yeast in gray, and the gray which was synthesized in vitro. 酵母発現精製変異体の50℃環境下での耐久性を示す図である。It is a figure which shows the durability in 50 degreeC environment of a yeast expression refinement | mutation mutant. 酵母発現精製変異体のpH依存性を示す図である。It is a figure which shows the pH dependence of a yeast expression refinement | mutation mutant. 酵母発現精製セルラーゼのエタノール濃度依存性を示す図である。It is a figure which shows the ethanol concentration dependence of yeast expression refinement | purification cellulase. 酵母発現精製変異体の温度依存性を示す図である。It is a figure which shows the temperature dependence of a yeast expression refinement | mutation mutant. 野生型PcCBH2とMall4変異体に対してそれぞれ市販酵素製剤セルクラストを種々の比率で配合したときの相乗効果を、還元糖量で評価したグラフ図である。上段(A)に野生型PcCBH2、下段(B)にMall4変異体の評価結果を示す。It is the graph which evaluated the synergistic effect when a commercially available enzyme preparation cell crust was mix | blended with various ratio with respect to the wild type PcCBH2 and Mall4 variant, respectively, with the amount of reducing sugars. The upper panel (A) shows the evaluation results of wild-type PcCBH2, and the lower panel (B) shows the evaluation results of Mall4 mutant. CBDを欠失させたMall4変異体の耐熱性評価結果を示す。The heat resistance evaluation result of Mall4 mutant which deleted CBD is shown. 異種生物由来のCBDに置換したMall4変異体の耐熱性評価を示す図である。It is a figure which shows the heat resistance evaluation of the Mall4 variant substituted by CBD derived from a different organism.

本明細書の開示は、耐熱性に優れるPhanerochaete chrysosporium由来のセロビオヒドロラーゼ活性を有するタンパク質及びその利用に関する。本明細書に開示されるタンパク質は、P. chrysosporium由来のセロビオヒドロラーゼIIの触媒ドメインのアミノ酸配列(配列番号2)における1又は2以上のアミノ酸置換を有し、セロビオヒドロラーゼ活性を有している。かかるタンパク質は、その耐熱性が、元のタンパク質(配列番号2で表されるアミノ酸配列からなるタンパク質又当該配列を含む全長タンパク質)よりも向上している。本タンパク質によれば、より高い温度におけるセルロース分解反応にP. chrysosporium由来のセロビオヒドロラーゼIIの高いセロビオヒドロラーゼ活性を利用できるようになり、高いセルロース分解効率を得ることができる。   The disclosure of the present specification relates to a protein having cellobiohydrolase activity derived from Phanerochaete chrysosporium having excellent heat resistance and use thereof. The protein disclosed in the present specification has one or more amino acid substitutions in the amino acid sequence (SEQ ID NO: 2) of the catalytic domain of cellobiohydrolase II from P. chrysosporium, and has cellobiohydrolase activity. Yes. Such a protein has higher heat resistance than the original protein (a protein consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 or a full-length protein containing the sequence). According to this protein, the high cellobiohydrolase activity of cellobiohydrolase II derived from P. chrysosporium can be used for the cellulose decomposition reaction at a higher temperature, and a high cellulose decomposition efficiency can be obtained.

以下、本明細書の開示に含まれる種々の実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書において用いる「GHF(Glycoside Hydrolase Family)」とは、CAZy(Carbohydrate active Enzymes)のホームページ(http://www.cazy.org/fam/acc_GH.html)において提供される、グリコシド加水分解酵素の分類である。   Hereinafter, various embodiments included in the disclosure of the present specification will be described in detail. As used herein, “GHF (Glycoside Hydrolase Family)” means glycoside hydrolysis provided on the homepage of CAZy (Carbohydrate active Enzymes) (http://www.cazy.org/fam/acc_GH.html). It is a classification of degrading enzymes.

((P. chrysosporiumのセロビオヒドロラーゼIIに由来するアミノ酸配列(配列番号2)に由来し、セロビオヒドロラーゼ活性を有するタンパク質)
配列番号2で表されるアミノ酸配列は、P. chrysosporiumのセロビオヒドロラーゼIIの触媒ドメインのアミノ酸配列をコードしている(Appl. Environ.Microbaial. 60(12),4387-4393(1994))。P. chrysosporiumのセロビオヒドロラーゼIIは、配列番号2で表される触媒ドメインのN末端にリンカーを介してセルロース結合ドメインを有している。
((Protein derived from amino acid sequence (SEQ ID NO: 2) derived from cellobiohydrolase II of P. chrysosporium and having cellobiohydrolase activity)
The amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 encodes the amino acid sequence of P. chrysosporium cellobiohydrolase II catalytic domain (Appl. Environ. Microbaial. 60 (12), 4387-4393 (1994)). P. chrysosporium cellobiohydrolase II has a cellulose-binding domain via a linker at the N-terminus of the catalytic domain represented by SEQ ID NO: 2.

本明細書に開示されるタンパク質は、配列番号2で表されるアミノ酸配列において所定のアミノ酸置換を有して、セロビオヒドロラーゼ活性を有している限り、別のアミノ酸配列が付加されたアミノ酸配列からなっていてもよい。例えば、本タンパク質は、セルロース結合ドメイン(CBD)を有していてもよい。CBDは、リンカーを介して連結されていてもよい。配列番号2で表されるアミノ酸配列の別のアミノ酸配列が付加されたアミノ酸配列として、配列番号4で表されるアミノ酸配列が挙げられる。このアミノ酸配列は、、P. chrysosporiumのセロビオヒドロラーゼIIの全長アミノ酸配列であり、N末端から、CBD、リンカー及びセロビオヒドロラーゼの触媒ドメイン(配列番号2で表されるアミノ酸配列)を有する。配列番号4で表されるアミノ酸配列を有するタンパク質であっても、当該タンパク質中の配列番号2で表されるアミノ酸配列において本明細書に開示されるアミノ酸置換を有することで、CBD等が付加されていても、耐熱性は改善される。   The protein disclosed in the present specification has a predetermined amino acid substitution in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 and an amino acid sequence to which another amino acid sequence is added as long as it has cellobiohydrolase activity It may consist of For example, the protein may have a cellulose binding domain (CBD). CBDs may be linked via a linker. An amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 4 is given as an amino acid sequence to which another amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 is added. This amino acid sequence is the full-length amino acid sequence of cellobiohydrolase II of P. chrysosporium, and has a catalytic domain (amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2) of CBD, linker and cellobiohydrolase from the N-terminus. Even a protein having the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 4 has an amino acid substitution disclosed in the present specification in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 in the protein, whereby CBD or the like is added. Even if it is, heat resistance is improved.

本タンパク質は、P. chrysosporiumから取得したセロビオヒドロラーゼ IIの触媒ドメインのアミノ酸配列(配列番号2)において、表1に示される1又は2以上のアミノ酸置換に相当するアミノ酸置換を備えることができる。「アミノ酸配列において1又は2以上のアミノ酸置換に相当するアミノ酸置換を備える」とは、配列番号2で表されるアミノ酸配列に表1から選択される1又は2以上のアミノ酸置換を備えるほか、配列番号2で表されるアミノ酸配列と一定の関係を有するアミノ酸配列において、配列番号2で表されるアミノ酸配列と対比したときに、表1から選択される1又は2以上のアミノ酸置換に相当するアミノ酸置換を備えていることをいう。なお、アミノ酸置換を備えるとは、当該位置において、置換前のアミノ酸と置換後のアミノ酸とをそれぞれ特定して意味するほか、結果として「アミノ酸置換」によって特定されるアミノ酸を備えていればよいことを意味する。すなわち、「M176L」のアミノ酸置換を備えるとは、配列番号2で表されるアミノ酸配列において176位に相当する部位にL(ロイシン)を備えていることを意味する。以下、本タンパク質が備えることのできる変異であるアミノ酸置換について説明する。   This protein can have an amino acid substitution corresponding to one or more amino acid substitutions shown in Table 1 in the amino acid sequence of the catalytic domain of cellobiohydrolase II obtained from P. chrysosporium (SEQ ID NO: 2). “Having an amino acid substitution corresponding to one or more amino acid substitutions in the amino acid sequence” means that the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 has one or more amino acid substitutions selected from Table 1, In the amino acid sequence having a certain relationship with the amino acid sequence represented by No. 2, the amino acid corresponding to one or more amino acid substitutions selected from Table 1 when compared with the amino acid sequence represented by SEQ ID No. 2 It means having a substitution. The term “with amino acid substitution” means that the amino acid before substitution and the amino acid after substitution are respectively specified at the position, and as a result, it is only necessary to have an amino acid identified by “amino acid substitution”. Means. That is, “having an amino acid substitution of“ M176L ”means having an L (leucine) at the site corresponding to position 176 in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2. Hereinafter, amino acid substitution, which is a mutation that can be included in the present protein, will be described.

本タンパク質は、配列番号2で表されるアミノ酸配列において表2の各欄に示す1又は2のアミノ酸置換を単位として組み合わせて有するアミノ酸配列を備えるものであってもよい。なかでも、第2のアミノ酸配列は、好ましくは、少なくとも、T259H、Q298S+F299Lから選択される1種又は2種以上に相当するアミノ酸置換を備えている。これらの各変異に組み合わせて、T47I及びS51Qの双方又はいずれかを含んでいることが好ましい。さらに、追加して、M176Iの変異を含んでいることが好ましい。さらにまた、好ましくは、A158Eの変異を含んでいる。さらに追加して、好ましくは、Q224R+A226Sの双方又はいずれかの変異を含んでいる。さらにまた、加えて、S100Tの変異を含んでいることが好ましい。さらに追加して、T29S、N42K、Q121K、I282V及びF123Yからなる群から選択される1又は2以上の変異を含んでいることが好ましく、より好ましくは3種以上であり、さらに好ましくは4種以上であり、一層好ましくは5種である。   This protein may have an amino acid sequence having a combination of 1 or 2 amino acid substitutions shown in each column of Table 2 as a unit in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2. Among them, the second amino acid sequence preferably has at least one amino acid substitution corresponding to one or more selected from T259H and Q298S + F299L. It is preferable to include both or any of T47I and S51Q in combination with each of these mutations. In addition, it preferably contains a mutation of M176I. Furthermore, it preferably contains a mutation of A158E. In addition, preferably it contains both or any of the mutations Q224R + A226S. Furthermore, in addition, it preferably contains a mutation of S100T. In addition, it preferably contains one or more mutations selected from the group consisting of T29S, N42K, Q121K, I282V and F123Y, more preferably 3 or more, and still more preferably 4 or more. More preferably, there are 5 types.

以上のことから、好ましい本タンパク質としては、配列番号2で表されるアミノ酸配列において、たとえば、少なくとも以下の表3に示す組み合わせのアミノ酸置換を有するアミノ酸配列が挙げられる。なかでも、第3世代以降が好ましく、より好ましくは第4世代以降、さらに好ましくは第5世代以降、一層好ましくは第6世代以降、最も好ましくは第7世代以降である。表3中、「21」の組み合わせのアミノ酸置換を備え、さらに、T29S、N42K、Q121K、I282V及びF123Yからなる群から選択される1又は2以上のアミノ酸置換を備えるタンパク質も好ましい。
From the above, preferred examples of the present protein include amino acid sequences having at least the combinations of amino acid substitutions shown in Table 3 below in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2. Among these, the third generation or later is preferable, more preferably the fourth generation or later, further preferably the fifth generation or later, more preferably the sixth generation or later, and most preferably the seventh generation or later. In Table 3, a protein having a combination of amino acid substitutions of “21” and further comprising one or more amino acid substitutions selected from the group consisting of T29S, N42K, Q121K, I282V and F123Y is also preferable.

本タンパク質のセロビオヒドロラーゼ活性は、本タンパク質の適当な濃度の溶液(たとえば50mM酢酸緩衝液(pH5.0)を、リン酸膨潤セルロースの分解(反応条件、40℃、16時間)反応に供し、その反応溶液の遠心上清中の還元糖量をTZアッセイ法を用いて評価することにより得ることができる。   The cellobiohydrolase activity of this protein is obtained by subjecting a solution of this protein to a suitable concentration (for example, 50 mM acetate buffer (pH 5.0)) to the decomposition of phosphoric acid swollen cellulose (reaction conditions, 40 ° C., 16 hours), It can be obtained by evaluating the amount of reducing sugar in the centrifugal supernatant of the reaction solution using the TZ assay method.

本タンパク質の耐熱性は、以下の方法で取得される耐熱温度で表すことができる。すなわち、変異体の適当な濃度の溶液(たとえば50mM酢酸緩衝液(pH5.0)を49℃、50℃、51℃、52℃、53℃、54℃、55℃及び56℃等の適切な範囲の各温度で2時間保温後、当該熱処理後の残存活性をリン酸膨潤セルロースの分解(反応条件、40℃、16時間)後の、遠心上清中の還元糖量をTZアッセイ法を用いて評価することにより各温度でのセロビオヒドロラーゼ活性を測定し、当該活性を各温度での残存活性とする。残存活性は、熱処理前の活性に対する熱処理後の残存活性の割合(%)で表し、各温度における残存活性(%)から、残存活性が50%となるときの温度を耐熱温度(℃)とする。   The heat resistance of this protein can be represented by the heat resistant temperature obtained by the following method. That is, a solution having an appropriate concentration of the mutant (for example, 50 mM acetate buffer (pH 5.0) in an appropriate range such as 49 ° C., 50 ° C., 51 ° C., 52 ° C., 53 ° C., 54 ° C., 55 ° C. and 56 ° C.) After maintaining the temperature at each temperature for 2 hours, the residual activity after the heat treatment was determined using the TZ assay method for the amount of reducing sugar in the centrifugal supernatant after decomposition of phosphate-swelled cellulose (reaction conditions, 40 ° C., 16 hours). The cellobiohydrolase activity at each temperature is measured by evaluation, and the activity is defined as the remaining activity at each temperature, which is expressed as a ratio (%) of the remaining activity after heat treatment to the activity before heat treatment, From the remaining activity (%) at each temperature, the temperature at which the remaining activity is 50% is defined as the heat resistant temperature (° C.).

また、本タンパク質の耐熱性は、単に、所定温度(たとえば、50℃以上の特定温度)で所定時間保存後の残存活性(%)を指標とすることができる。例えば、本タンパク質の緩衝液溶液を所定温度で2時間保持し、当該熱処理後において上記と同様(反応条件、40℃、16時間)にして残存活性(%)を得てもよい。   In addition, the heat resistance of the protein can be simply determined by the residual activity (%) after storage for a predetermined time at a predetermined temperature (for example, a specific temperature of 50 ° C. or higher). For example, the buffer solution of the present protein may be held at a predetermined temperature for 2 hours, and after the heat treatment, the remaining activity (%) may be obtained in the same manner as described above (reaction conditions, 40 ° C., 16 hours).

本タンパク質の耐熱性に関し、耐熱温度及び所定の温度における残存活性のいずれか又は双方を指標とすることができるが、好ましくは耐熱温度を指標とする。   Regarding the heat resistance of the present protein, either or both of the heat resistant temperature and the residual activity at a predetermined temperature can be used as an index, but preferably the heat resistant temperature is used as an index.

本タンパク質は、その耐熱性が50℃以上であることが好ましく、より好ましくは、50.5℃以上であり、さらに好ましくは51.0℃以上であり、より一層好ましくは52.0℃以上であり、さらに一層好ましくは52.5℃以上であり、一層このましくは、53.0℃以上であり、さらにまた好ましくは53.5℃以上である。なお一層好ましくは54.0℃以上であり、より好ましくは、54.5℃以上であり、さらに好ましくは55.0℃以上である。   The protein preferably has a heat resistance of 50 ° C. or higher, more preferably 50.5 ° C. or higher, still more preferably 51.0 ° C. or higher, and even more preferably 52.0 ° C. or higher. Yes, more preferably 52.5 ° C. or higher, even more preferably 53.0 ° C. or higher, still more preferably 53.5 ° C. or higher. Still more preferably, it is 54.0 degreeC or more, More preferably, it is 54.5 degreeC or more, More preferably, it is 55.0 degreeC or more.

本タンパク質は、また、その50℃における耐久性(残存活性)が24時間で80%以上であることが好ましく、より好ましくは90%以上である。また、50℃における耐久性は48時間で80%以上であることが好ましく、より好ましくは90%以上である。さらに、50℃における耐久性は72時間で80%以上であることが好ましく、より好ましくは90%以上である。   The protein also preferably has a durability (residual activity) at 50 ° C. of 80% or more in 24 hours, more preferably 90% or more. The durability at 50 ° C. is preferably 80% or more in 48 hours, and more preferably 90% or more. Further, the durability at 50 ° C. is preferably 80% or more at 72 hours, and more preferably 90% or more.

本タンパク質において、表1に示すアミノ酸置換は、好ましくは2個以上、より好ましくは3個以上、さらに好ましくは4個以上、一層好ましくは5個以上、より一層好ましくは6個以上、さらに一層好ましくは7個以上備えられる。さらには、8個以上であり、アミノ酸置換の数が多ければ耐熱性が向上することがわかっている。最も好ましくは13個以上である。   In this protein, the number of amino acid substitutions shown in Table 1 is preferably 2 or more, more preferably 3 or more, still more preferably 4 or more, still more preferably 5 or more, still more preferably 6 or more, and even more preferably. 7 or more are provided. Furthermore, it is known that the heat resistance is improved if the number of amino acid substitutions is 8 or more. Most preferably, it is 13 or more.

本タンパク質は、配列番号2で表されるアミノ酸配列において、表1に示すアミノ酸置換から選択される1種又は2種以上のほか、表2に示すアミノ酸置換の組み合わせを備えていてもよい。また、配列番号2で表されるアミノ酸配列と一定の関係を有するアミノ酸配列において、表1に示すアミノ酸置換に相当するアミノ酸置換を備えるものであってもよい。表1に示すアミノ酸置換に相当するかどうかは、2以上のアミノ酸配列を後述する同一性及び類似性を決定する方法によってアラインメントすることにより決定される。配列番号2で表されるアミノ酸配列と一定の関係を有するアミノ酸配列を有するタンパク質としては、以下に説明する。   This protein may be provided with one or more amino acid substitutions selected from the amino acid substitutions shown in Table 1 in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 and combinations of amino acid substitutions shown in Table 2. Further, the amino acid sequence having a certain relationship with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 may have amino acid substitutions corresponding to the amino acid substitutions shown in Table 1. Whether it corresponds to the amino acid substitution shown in Table 1 is determined by aligning two or more amino acid sequences by a method for determining identity and similarity described later. The protein having an amino acid sequence having a certain relationship with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 will be described below.

配列番号2で表されるアミノ酸配列と一定の関係を有するアミノ酸配列の一態様としては、配列番号2で表されるアミノ酸配列において1又は数個のアミノ酸が欠失、置換もしくは付加されたアミノ酸配列からなるタンパク質が挙げられる。各アミノ酸配列に対するアミノ酸の変異は、すなわち、欠失、置換若しくは付加は、いずれか1種類であってもよいし、2種類以上が組み合わされていてもよい。また、これらの変異の総数は、特に限定されないが、好ましくは、1個以上25個以下程度である。より好ましくは、1個以上20個以下であり、さらに好ましくは1個以上15個以下程度である。アミノ酸置換の例としては、保存的置換が好ましく、具体的には以下のグループ内での置換が挙げられる。(グリシン、アラニン)(バリン、イソロイシン、ロイシン)(アスパラギン酸、グルタミン酸)(アスパラギン、グルタミン)(セリン、トレオニン)(リジン、アルギニン)(フェニルアラニン、チロシン)。   As one aspect of the amino acid sequence having a certain relationship with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2, an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 The protein which consists of is mentioned. Any one type of amino acid mutation, ie, deletion, substitution or addition, for each amino acid sequence may be used, or two or more types may be combined. The total number of these mutations is not particularly limited, but is preferably about 1 or more and 25 or less. More preferably, they are 1 or more and 20 or less, More preferably, they are 1 or more and 15 or less. As an example of amino acid substitution, conservative substitution is preferable, and specific examples include substitution within the following groups. (Glycine, alanine) (valine, isoleucine, leucine) (aspartic acid, glutamic acid) (asparagine, glutamine) (serine, threonine) (lysine, arginine) (phenylalanine, tyrosine).

他の一態様としては、配列番号2で表されるアミノ酸配列に対して70%以上の同一性を有するアミノ酸配列を有し、かつセロビオヒドロラーゼ活性を有するアミノ酸配列が挙げられる。同一性は好ましくは80%以上であり、より好ましくは85%以上であり、さらに好ましくは、90%以上であり、一層好ましくは95%以上である。最も好ましくは、98%以上である。   Another embodiment includes an amino acid sequence having an amino acid sequence having 70% or more identity to the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 and having cellobiohydrolase activity. The identity is preferably 80% or more, more preferably 85% or more, still more preferably 90% or more, and still more preferably 95% or more. Most preferably, it is 98% or more.

本明細書において同一性又は類似性とは、当該技術分野で知られているとおり、配列を比較することにより決定される、2以上のタンパク質あるいは2以上のポリヌクレオチドの間の関係である。当該技術で“同一性 ”とは、タンパク質またはポリヌクレオチド配列の間のアラインメントによって、あるいは場合によっては、一続きのそのような配列間のアラインメントによって決定されるような、タンパク質またはポリヌクレオチド配列の間の配列不変性の程度を意味する。また、類似性とは、タンパク質またはポリヌクレオチド配列の間のアラインメントによって、あるいは場合によっては、一続きの部分的な配列間のアラインメントによって決定されるような、タンパク質またはポリヌクレオチド配列の間の相関性の程度を意味する。より具体的には、配列の同一性と保存性(配列中の特定アミノ酸又は配列における物理化学特性を維持する置換)によって決定される。なお、類似性は、後述するBLASTの配列相同性検索結果においてSimilarity と称される。同一性及び類似性を決定する方法は、対比する配列間で最も長くアラインメントするように設計される方法であることが好ましい。同一性及び類似性を決定するための方法は、公衆に利用可能なプログラムとして提供されている。例えば、AltschulらによるBLAST (Basic Local Alignment Search Tool) プログラム(たとえば、Altschul SF, Gish W, Miller W, Myers EW, Lipman DJ., J. Mol. Biol., 215: p403-410 (1990), Altschyl SF, Madden TL, Schaffer AA, Zhang J, Miller W, Lipman DJ., Nucleic Acids Res. 25: p3389-3402 (1997))を利用し決定することができる。BLASTのようなソフトウェアを用いる場合の条件は、特に限定するものではないが、デフォルト値を用いるのが好ましい。   As used herein, identity or similarity is a relationship between two or more proteins or two or more polynucleotides determined by comparing sequences, as is known in the art. In the art, “identity” means between protein or polynucleotide sequences, as determined by alignment between protein or polynucleotide sequences, or in some cases by alignment between a series of such sequences. Means the degree of sequence invariance. Similarity is also the correlation between protein or polynucleotide sequences, as determined by alignment between protein or polynucleotide sequences, or in some cases by alignment between a series of partial sequences. Means the degree of More specifically, it is determined by sequence identity and conservation (substitutions that maintain specific amino acids in the sequence or physicochemical properties in the sequence). The similarity is referred to as Similarity in the BLAST sequence homology search result described later. The method for determining identity and similarity is preferably a method designed to align the longest between the sequences to be compared. Methods for determining identity and similarity are provided as programs available to the public. For example, BLAST (Basic Local Alignment Search Tool) program by Altschul et al. (Eg Altschul SF, Gish W, Miller W, Myers EW, Lipman DJ., J. Mol. Biol., 215: p403-410 (1990), Altschyl SF, Madden TL, Schaffer AA, Zhang J, Miller W, Lipman DJ., Nucleic Acids Res. 25: p3389-3402 (1997)). The conditions for using software such as BLAST are not particularly limited, but it is preferable to use default values.

さらに他の一態様として、配列番号2で表される特定のアミノ酸配列をコードする塩基配列からなるDNAと相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズするDNAによってコードされ、セロビオヒドロラーゼ活性を有するアミノ酸配列が挙げられる。ストリンジェントな条件とは、たとえば、いわゆる特異的なハイブリッドが形成され、非特異的なハイブリッドが形成されない条件をいう。例えば、塩基配列の同一性が高い核酸、すなわち、所定の塩基配列と80%以上、好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上、さらに好ましく95%以上、一層このましくは98%以上の同一性を有する塩基配列からなるDNAの相補鎖がハイブリダイズし、それより相同性が低い核酸の相補鎖がハイブリダイズしない条件が挙げられる。より具体的には、ナトリウム塩濃度が15〜750mM、好ましくは50〜750mM、より好ましくは300〜750mM、温度が25〜70℃、好ましくは50〜70℃、より好ましくは55〜65℃、ホルムアミド濃度が0〜50%、好ましくは20〜50%、より好ましくは35〜45%での条件をいう。さらに、ストリンジェントな条件では、ハイブリダイゼーション後のフィルターの洗浄条件が、通常はナトリウム塩濃度が15〜600mM、好ましくは50〜600mM、より好ましくは300〜600mM、温度が50〜70℃、好ましくは55〜70℃、より好ましくは60〜65℃である。なお、以上のことから、さらなる他の一態様として、所定の塩基配列と80%以上、好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上、さらに好ましく95%以上、一層好ましくは98%以上の同一性を有する塩基配列を有するDNAによってコードされ、セロビオヒドロラーゼ活性を有するタンパク質が挙げられる。   In still another embodiment, the cell code is encoded by DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA comprising a base sequence complementary to the DNA comprising the base sequence encoding the specific amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2. Examples include amino acid sequences having biohydrolase activity. The stringent condition refers to, for example, a condition in which a so-called specific hybrid is formed and a non-specific hybrid is not formed. For example, a nucleic acid having a high nucleotide sequence identity, that is, a predetermined nucleotide sequence of 80% or more, preferably 85% or more, more preferably 90% or more, still more preferably 95% or more, more preferably 98% or more. Examples include a condition in which complementary strands of DNA consisting of nucleotide sequences having the identity are hybridized and complementary strands of nucleic acids having lower homology are not hybridized. More specifically, the sodium salt concentration is 15 to 750 mM, preferably 50 to 750 mM, more preferably 300 to 750 mM, the temperature is 25 to 70 ° C., preferably 50 to 70 ° C., more preferably 55 to 65 ° C., formamide The condition is that the concentration is 0 to 50%, preferably 20 to 50%, more preferably 35 to 45%. Furthermore, under stringent conditions, the filter washing conditions after hybridization are usually such that the sodium salt concentration is 15 to 600 mM, preferably 50 to 600 mM, more preferably 300 to 600 mM, and the temperature is 50 to 70 ° C., preferably It is 55-70 degreeC, More preferably, it is 60-65 degreeC. From the above, as yet another aspect, the predetermined base sequence is 80% or more, preferably 85% or more, more preferably 90% or more, still more preferably 95% or more, and still more preferably 98% or more. Examples thereof include proteins encoded by DNA having a base sequence having sex and having cellobiohydrolase activity.

配列番号2で表されるアミノ酸配列と一定の関係を有するアミノ酸配列としては、例えば、Phanerochaete chrysosporium由来のセロビオヒドロラーゼIIにおいて知られている他の変異(例えば、活性向上に関する変異)などが挙げられる。   Examples of the amino acid sequence having a certain relationship with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 include other mutations known in cellobiohydrolase II derived from Phanerochaete chrysosporium (for example, mutations related to activity enhancement). .

また、改変を含む本タンパク質自体が、配列番号2で表されるアミノ酸配列において好ましくは25個以下、より好ましくは20個以下、さらに好ましくは15個以下程度のアミノ酸変異を含むことが好ましい。また、本タンパク質自体が、配列番号2で表されるアミノ酸配列に対して70%以上の同一性を有するアミノ酸配列を有し、かつセロビオヒドロラーゼ活性を有するタンパク質が挙げられる。同一性は好ましくは80%以上であり、より好ましくは85%以上であり、さらに好ましくは、90%以上であり、一層好ましくは95%以上である。最も好ましくは、98%以上であることが好ましい。さらに、本タンパク質自体が、配列番号2で表される特定のアミノ酸配列をコードする塩基配列からなるDNAと相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズするDNAによってコードされ、セロビオヒドロラーゼ活性を有することが好ましい。さらなる他の一態様として、配列番号2で表されるアミノ酸配列をコードするDNAの塩基配列と80%以上、好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上、さらに好ましく95%以上、一層好ましくは98%以上の同一性を有する塩基配列を有するDNAによってコードされ、セロビオヒドロラーゼ活性を有することが好ましい。   In addition, it is preferable that the present protein itself including a modification contains an amino acid mutation of preferably 25 or less, more preferably 20 or less, and still more preferably about 15 or less in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2. Moreover, the protein itself has an amino acid sequence having 70% or more identity to the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 and has a cellobiohydrolase activity. The identity is preferably 80% or more, more preferably 85% or more, still more preferably 90% or more, and still more preferably 95% or more. Most preferably, it is 98% or more. Further, the present protein itself is encoded by DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA consisting of a base sequence complementary to DNA consisting of the base sequence encoding the specific amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2, It preferably has biohydrolase activity. As yet another embodiment, the base sequence of the DNA encoding the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 and 80% or more, preferably 85% or more, more preferably 90% or more, still more preferably 95% or more, more preferably It is preferably encoded by DNA having a base sequence having 98% or more identity and has cellobiohydrolase activity.

本タンパク質におけるアミノ酸置換は、各種の手法にて導入されうる。例えば、配列番号2で表されるアミノ酸配列やこれと一定関係のあるアミノ酸配列をコードする配列番号1で表される塩基配列を有するDNA等の遺伝子情報を改変する方法を用いることができる。DNAに変異を導入して遺伝子情報を改変して本発明のタンパク質を得るには、変異を予め設計しておき、当該変異を含むアミノ酸配列をコードするDNAを取得する方法のほか、Kunkel法、Gappedduplex法等の公知の手法又はこれに準ずる方法を採用することができる。例えば部位特異的突然変異誘発法を利用した変異導入用キット(例えばMutan−K(TAKARA社製)やMutan−G(TAKARA社製))などを用いて変異の導入が行われる。また、エラー導入PCRやDNAシャッフリング等の手法により、遺伝子の変異導入やキメラ遺伝子を構築することもできる。エラー導入PCR及びDNAシャッフリング手法は、当技術分野で公知の手法であり、例えばエラー導入PCRについてはChen K, and Arnold FH. 1993, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 90: 5618-5622を、またDNAシャフリングやカセットPCR等の分子進化工学的手法は、例えば、Kurtzman,A.L.,Govindarajan, S., Vahle, K., Jones, J. T., Heinrichs, V., Patten P. A.,Advances in directed protein evolution by recursive genetic recombination: applications to therapeutic proteins. Curr. Opinion Biotechnol.,12, 361-370, 2001、及び、Okuta, A., Ohnishi, A. and Harayama, S., PCR isolation of catechol 2,3-dioxygenase gene fragments from environmental samples and their assembly into functional genes. Gene, 212, 221-228, 1998を参照することができる。なかでも、エラープローンPCR等によりランダム変異を導入する分子進化的手法を利用する無細胞タンパク質合成系を採用することが好ましい。エラープローンPCRに適用する無細胞タンパク質合成系としては、公知のあるいは本出願人が出願した特開2006−61080号公報及び特開2003−116590号公報に記載のタンパク質合成系を用いることができる。本出願人によるこれらの無細胞タンパク質合成系を用いることで活性型の酵素を容易に得ることができる。このため、これらのタンパク質合成系が適用されたエラープローンPCRは、本発明のタンパク質を取得する手法として好ましく用いることができる。   Amino acid substitution in this protein can be introduced by various techniques. For example, a method of modifying gene information such as DNA having the base sequence represented by SEQ ID NO: 1 encoding the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 or the amino acid sequence having a certain relationship therewith can be used. In order to obtain the protein of the present invention by introducing a mutation into DNA and modifying the genetic information, in addition to the method of designing the mutation in advance and obtaining DNA encoding the amino acid sequence containing the mutation, the Kunkel method, A known method such as a Gapped duplex method or a method according to this can be employed. For example, mutations are introduced using a mutation introduction kit (for example, Mutan-K (manufactured by TAKARA) or Mutan-G (manufactured by TAKARA)) using site-directed mutagenesis. Moreover, gene mutation introduction and chimera genes can be constructed by techniques such as error introduction PCR and DNA shuffling. Error introduction PCR and DNA shuffling are techniques known in the art. For example, for error introduction PCR, Chen K, and Arnold FH. 1993, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 90: 5618-5622 In addition, molecular evolution engineering methods such as DNA shuffling and cassette PCR are described in, for example, Kurtzman, AL, Govindarajan, S., Vahle, K., Jones, JT, Heinrichs, V., Patten PA, Advances in directed protein evolution. by recursive genetic recombination: applications to therapeutic proteins. Curr. Opinion Biotechnol., 12, 361-370, 2001, and Okuta, A., Ohnishi, A. and Harayama, S., PCR isolation of catechol 2,3-dioxygenase See Gene fragments from environmental samples and their assembly into functional genes. Gene, 212, 221-228, 1998. Among these, it is preferable to employ a cell-free protein synthesis system that uses a molecular evolution method for introducing random mutations by error-prone PCR or the like. As a cell-free protein synthesis system applied to error-prone PCR, a protein synthesis system described in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2006-61080 and 2003-116590 filed by the applicant of the present application can be used. By using these cell-free protein synthesis systems by the present applicant, an active enzyme can be easily obtained. For this reason, error-prone PCR to which these protein synthesis systems are applied can be preferably used as a technique for obtaining the protein of the present invention.

本タンパク質は、上述のようにタンパク質の無細胞合成系による遺伝子工学的手法によって取得することができるほか、本タンパク質をコードするDNAで適当な宿主細胞を形質転換し、当該形質転換細胞において本発明のタンパク質を生産させる遺伝子工学的手法により取得することができる。形質転換細胞を用いた遺伝子工学的なタンパク質の生産方法は、モレキュラークローニング第3版、カレント・プロトコールズ・イン・モレキュラー・バイオロジー等に記載されている方法に準じて行うことができる。   The protein can be obtained by a genetic engineering technique using a cell-free synthesis system of the protein as described above, or a suitable host cell is transformed with the DNA encoding the protein, and the present invention is used in the transformed cell. It can be obtained by a genetic engineering technique for producing a protein. A genetic engineering protein production method using transformed cells can be performed according to the method described in Molecular Cloning 3rd Edition, Current Protocols in Molecular Biology and the like.

なお、本タンパク質は、P. chrysosporium又は各種微生物を宿主とする形質転換細胞が産生するタンパク質であるときには、これらの菌を培養して培養上清を取得し、この培養上清から本タンパク質を分離・精製すればよい。分離や精製には公知のタンパク質の分離・精製法を適用すればよい。   In addition, when this protein is a protein produced by a transformed cell using P. chrysosporium or various microorganisms as a host, these bacteria are cultured to obtain a culture supernatant, and this protein is separated from this culture supernatant.・ Purify it. A known protein separation / purification method may be applied to the separation or purification.

本タンパク質は、糖鎖修飾が予想される酵母などの真核微生物の形質転換細胞において製造されるとき、糖鎖修飾により耐熱性が向上する。すなわち、本発明者らによれば、酵母で発現された本タンパク質は、無細胞合成系で合成した同じタンパク質よりも耐熱性が2℃程度向上することが観察された。本タンパク質においては、N型糖鎖修飾(配列番号2で表されるアミノ酸配列中のN189、N317に相当する部位)やO型糖鎖修飾が挙げられる。少なくともS. cerevisiaeなどの酵母において発現させた本タンパク質は、アミノ酸配列が同一であっても、他の微生物や試験管内合成や化学合成で得られた同一アミノ酸配列の本タンパク質よりも高い耐熱性を有している。したがって、糖鎖修飾が予想される真核微生物の形質転換細胞は、本タンパク質の製造媒体としてあるいはそのまま発酵用微生物として好適な態様である。   When this protein is produced in a transformed cell of a eukaryotic microorganism such as yeast in which sugar chain modification is expected, heat resistance is improved by sugar chain modification. That is, according to the present inventors, it was observed that the heat resistance of the present protein expressed in yeast is improved by about 2 ° C. than the same protein synthesized in a cell-free synthesis system. Examples of the protein include N-type sugar chain modification (sites corresponding to N189 and N317 in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2) and O-type sugar chain modification. At least this protein expressed in yeast such as S. cerevisiae has higher heat resistance than other proteins of the same amino acid sequence obtained by other microorganisms, in vitro synthesis or chemical synthesis, even if the amino acid sequence is the same. Have. Therefore, a transformed cell of a eukaryotic microorganism in which sugar chain modification is expected is a preferred embodiment as a production medium for this protein or as it is as a microorganism for fermentation.

(本タンパク質をコードするDNA)
本明細書の開示によれば、本タンパク質をコードするポリヌクレオチドが提供される。ポリヌクレオチドは、化学合成法や各種PCR法等により取得することができる。なお、ポリヌクレオチドは、DNA(二重鎖及び一重鎖のいずれであってもよい)、RNA、DNA/RNAハイブリット等、いずれの形態であってもよい。上記した表1に含まれるアミノ酸変異の1種又は2種以上を有する各種改変体のアミノ酸配列をコードするDNAや上記した表2に記載の各改変体のアミノ酸配列をコードするDNAが挙げられる。
(DNA encoding this protein)
According to the disclosure herein, a polynucleotide encoding the protein is provided. The polynucleotide can be obtained by a chemical synthesis method, various PCR methods, or the like. The polynucleotide may be in any form such as DNA (which may be either double-stranded or single-stranded), RNA, or DNA / RNA hybrid. Examples include DNAs encoding the amino acid sequences of various variants having one or more of the amino acid mutations included in Table 1 above, and DNAs encoding the amino acid sequences of each variant described in Table 2 above.

(DNA構築物)
本発明のDNA構築物は、本タンパク質をコードするDNAを含んでいる。より具体的には、上記した表1に含まれるアミノ酸変異の1種又は2種以上を有する各種改変体のアミノ酸配列をコードするDNAや上記した表2に記載の各変異の組み合わせや表3に示す改変体のアミノ酸配列をコードするDNAを含んでいる。本発明のDNA構築物は、主として適当な宿主細胞の形質転換を意図した発現ベクターとしての形態を採ることができる。形質転換の手法や宿主細胞における当該ポリヌクレオチドの保持形態(染色体に導入する形態や染色体外に保持する形態等)に応じて、上記コード領域以外の構成要素が適宜決定される。また、DNA構築物の形態は、使用形態に応じて様々な形態を採ることができる。例えば、DNA断片の形態を採ることができるほか、プラスミドやコスミドなどの適当なベクターの形態を採ることもできる。
(DNA construct)
The DNA construct of the present invention contains DNA encoding the present protein. More specifically, DNA encoding amino acid sequences of various variants having one or more of the amino acid mutations included in Table 1 above, combinations of each mutation described in Table 2 above, and Table 3 It contains DNA encoding the amino acid sequence of the variant shown. The DNA construct of the present invention can take the form of an expression vector intended primarily for transformation of suitable host cells. Depending on the transformation method and the retention form of the polynucleotide in the host cell (form introduced into the chromosome, form retained outside the chromosome, etc.), components other than the coding region are appropriately determined. Moreover, the form of a DNA construct can take various forms according to a use form. For example, it can take the form of a DNA fragment, and can also take the form of an appropriate vector such as a plasmid or cosmid.

本DNA構築物は、本タンパク質を、後述するタンパク質複合体を構成可能な形態で発現可能に構築されていてもよい。すなわち、本タンパク質に対してドックリンドメインを付加した融合タンパク質を発現可能に形成されていてもよい。さらに、タンパク質複合体を構成可能な発現用コンストラクトとして、コヘシンタンパク質をコードするDNAを含む、コヘシンタンパク質の発現用コンストラクトを構築してもよい。こうした発現コンストラクトにおいて、融合タンパク質やコヘシンタンパク質のコード化DNAは、本タンパク質をコードするDNAと同様、各種形態でコンストラクトに備えられる。   The present DNA construct may be constructed such that the present protein can be expressed in a form capable of constituting a protein complex described below. That is, it may be formed so that a fusion protein in which a dockerin domain is added to the present protein can be expressed. Further, as a construct for expression capable of constituting a protein complex, a construct for expressing a cohesin protein including DNA encoding the cohesin protein may be constructed. In such an expression construct, the encoded DNA of the fusion protein or cohesin protein is prepared in various forms in the same manner as the DNA encoding the present protein.

(形質転換細胞)
本発明の形質転換細胞の一態様は、本タンパク質を発現する形質転換細胞であり、上記した本発明のDNA構築物で適当な宿主細胞を形質転換することによって得ることができる。例えば、本タンパク質のみを細胞表層に保持し又は細胞外に分泌する形態で発現する形質転換細胞は、それ自体、本タンパク質として利用できる。また、こうした形質転換細胞を培養して得られる培養物は、本タンパク質の好ましい取得源として利用できる。
(Transformed cells)
One aspect of the transformed cell of the present invention is a transformed cell that expresses the present protein, and can be obtained by transforming an appropriate host cell with the above-described DNA construct of the present invention. For example, a transformed cell that expresses only the present protein on the cell surface layer or secretes it outside the cell can be used as the present protein. In addition, a culture obtained by culturing such a transformed cell can be used as a preferred source of the protein.

本形質転換細胞は、本タンパク質を発現可能な細胞であればよく、その種類を限定しないが、本タンパク質の生産及び回収を考慮すると、大腸菌などの細菌等が挙げられるが、好ましくは、本タンパク質によるセルロースの分解及び資化のための真核微生物である。真核微生物は、特に限定しないが、例えば、公知の各種酵母を利用できる。後述するエタノール発酵等を考慮すると、サッカロマイセス・セレビジエ(Saccharomyces cerevisiae)等のサッカロマイセス属の酵母、シゾサッカロマイセス・ポンベ(Schizosaccharomyces pombe)等のシゾサッカロマイセス属の酵母、キャンディダ・シェハーテ(Candida shehatae)等のキャンディダ属の酵母、ピヒア・スティピティス(Pichia stipitis)等のピヒア属の酵母、ハンセヌラ(Hansenula)属の酵母、トリコスポロン(Trichosporon)属の酵母、ブレタノマイセス(Brettanomyces)属の酵母、パチソレン(Pachysolen)属の酵母、ヤマダジマ(Yamadazyma)属の酵母、クルイベロマイセス・マーキシアヌス(Kluyveromyces marxianus)、クルイベロマイセス・ラクティス(Kluveromyces lactis)等のクルイベロマイセス属の酵母が挙げられる。なかでも、工業的利用性等の観点からサッカロマイセス属酵母が好ましい。なかでも、サッカロマイセス・セレビジエが好ましい。また、真核微生物は、アスペルギルス・オリゼ(Aspergillus oryzae)、アスペルギルス・アキュリータス(Aspergillus aculeatus)、アスペルギルス・ニガー(Aspergillus niger)、アスペルギルス・ニジュランス(Aspergillus nidulans)、アスペルギルス・ソーヤ(Aspergillus soya)、アスペルギルス・カワチ(Aspergillus kawachii)、アスペルギルス・アワモリ(Aspergillus awamori)、アスペルギルス・サイトイ(Aspergillus saitoi)等の麹菌であってもよい。異種タンパク質を大量に発現させるには、セルラーゼ非生産微生物がより好ましい。また、真核微生物としては、セルラーゼ生産微生物である、トリコデルマ・リーゼイ(Trichoderma reesei)などのトリコデルマ属菌や、白色腐朽菌などを含む木材腐朽菌が挙げられる。セルラーゼ生産微生物を宿主とすることで、これらの微生物が生産うるセルラーゼ、ヘミセルラーゼ等と同時に本タンパク質を生産できる。   The transformed cell may be any cell that can express the protein, and the type of the transformed cell is not limited. However, considering production and recovery of the protein, bacteria such as Escherichia coli can be mentioned. It is a eukaryotic microorganism for degradation and utilization of cellulose. The eukaryotic microorganism is not particularly limited, and for example, various known yeasts can be used. In consideration of ethanol fermentation described later, yeasts of the genus Saccharomyces cerevisiae such as Saccharomyces cerevisiae, yeasts of the genus Schizosaccharomyces pombe such as Schizosaccharomyces pombe, Candida shehatae, etc. Yeast of the genus Candida, yeast of the genus Pichia such as Pichia stipitis, yeast of the genus Hansenula, yeast of the genus Trichosporon, yeast of the genus Brettanomyces, the genus Pachysolen And yeast of the genus Yamadazyma, yeasts of the genus Kluyveromyces such as Kluyveromyces marxianus and Kluveromyces lactis. Of these, Saccharomyces yeasts are preferable from the viewpoint of industrial availability. Of these, Saccharomyces cerevisiae is preferable. In addition, eukaryotic microorganisms are Aspergillus oryzae, Aspergillus aculeatus, Aspergillus niger, Aspergillus nidulans, Aspergillus soya, Aspergillus soyya, Aspergillus soya Aspergillus (Aspergillus kawachii), Aspergillus awamori (Aspergillus saitoi), Aspergillus saitoi, etc. may be used. Cellulase non-producing microorganisms are more preferred for expressing large amounts of heterologous proteins. In addition, examples of eukaryotic microorganisms include Trichoderma genus bacteria such as Trichoderma reesei, which are cellulase-producing microorganisms, and wood rot fungi including white rot fungi. By using a cellulase-producing microorganism as a host, the present protein can be produced simultaneously with cellulase, hemicellulase and the like that can be produced by these microorganisms.

本形質転換細胞は、本形質転換細胞のセルロースの分解への利用を考慮すると、本タンパク質を細胞外に分泌又は細胞表層に提示するものであることが好ましい。本タンパク質に細胞外分泌性や細胞表層提示性を付与するには、公知の分泌シグナルや表層提示用のシステムを用いることができる。例えば、分泌シグナルや凝集性タンパク質又はその一部のアミノ酸配列が付与される。分泌シグナルとしては、例えば、Rhizopus oryzaeやC. albicansのグルコアミラーゼ遺伝子の分泌シグナル、酵母インベルターゼリーダー、α因子リーダーなどが挙げられる。また、凝集性タンパク質としては、α−アグルチニンをコードするSAG1遺伝子の5’領域の320アミノ酸残基からなるペプチドが挙げられる。また、所望のタンパク質を細胞表層に提示するためのポリペプチドや手法は、WO01/79483号公報や、特開2003−235579号公報、WO2002/042483号パンフレット、WO2003/016525号パンフレット、特開2006−136223号公報、藤田らの文献(藤田ら,2004. Appl Environ Microbiol 70:1207-1212および藤田ら, 2002. Appl Environ Microbiol 68:5136-5141.)、村井ら, 1998. Appl Environ Microbiol 64:4857-4861.に開示されている。   In consideration of the use of the transformed cell for cellulose degradation, the transformed cell is preferably one that secretes the protein outside the cell or presents it on the cell surface. In order to impart extracellular secretion properties and cell surface presentation properties to this protein, known secretion signals and surface layer presentation systems can be used. For example, a secretory signal, an aggregating protein, or a part of the amino acid sequence is given. Examples of the secretion signal include secretion signals of glucoamylase genes of Rhizopus oryzae and C. albicans, yeast invertase leader, α factor leader and the like. Examples of the aggregating protein include a peptide consisting of 320 amino acid residues in the 5 'region of the SAG1 gene encoding α-agglutinin. Polypeptides and techniques for displaying a desired protein on the cell surface are disclosed in WO01 / 79483, JP2003-235579, WO2002 / 042483, WO2003 / 016525, and JP2006. No. 136223, Fujita et al. (Fujita et al., 2004. Appl Environ Microbiol 70: 1207-1212 and Fujita et al., 2002. Appl Environ Microbiol 68: 5136-5141.), Murai et al., 1998. Appl Environ Microbiol 64: 4857 -4861.

本形質転換細胞は、後述するように、セルロソーム生産微生物由来のコヘシンタンパク質を細胞表層提示し、ドッケリンを付加した本タンパク質を細胞外に分泌して、コヘシンタンパク質に本タンパク質をコヘシン−ドッケリン結合を介して保持させて、本タンパク質を細胞表層に提示するものであってもよい。   As will be described later, this transformed cell displays the cohesin protein derived from the cellulosome-producing microorganism on the cell surface, secretes this protein with dockerin added outside the cell, and binds this protein to the cohesin protein by cohesin-dockerin binding. The protein may be presented via a cell surface layer.

糖鎖修飾が可能な酵母であって、本タンパク質を発現する酵母は、試験管内合成した本タンパク質より耐熱性を向上させることができるため、好ましい形質転換細胞である。本タンパク質を発現する細胞、好ましく酵母などの真核微生物は、向上されたセロビオヒドロラーゼ活性及び増強された相乗効果により、セルロースの分解、糖化、及び糖化と発酵とを同時進行させるCBP(連結バイオプロセス(糖化発酵同時進行))において、セルロースの分解効率を高めて、セルロースの効率的利用を具現化することができる。   Yeast that can be modified with a sugar chain and that expresses the present protein is a preferred transformed cell because it can improve the heat resistance of the present protein synthesized in vitro. Cells expressing this protein, preferably eukaryotic microorganisms, such as yeast, are capable of degrading cellulose, saccharifying, and co-promoting saccharification and fermentation with improved cellobiohydrolase activity and enhanced synergistic effects. In the process (simultaneous progress of saccharification and fermentation), it is possible to increase the decomposition efficiency of cellulose and embody the efficient use of cellulose.

以上説明した本明細書に開示される形質転換細胞は、いずれも、モレキュラークローニング第3版、カレント・プロトコールズ・イン・モレキュラー・バイオロジー等に記載されている方法に準じて作製することができる。真核微生物などの宿主細胞の形質転換のためのベクター及びその構築方法は、当業者において周知であって、モレキュラークローニング第3版、カレント・プロトコールズ・イン・モレキュラー・バイオロジー等に開示されている。また、コヘシンタンパク質やドックリンドメインを有するタンパク質を真核微生物において発現させるためのベクター及びその構築方法も、同様に、当業者において周知である。また、形質転換にあたり、従来公知の各種方法、例えば、トランスフォーメーション法や、トランスフェクション法、接合法、プロトプラスト法、エレクトロポレーション法、リポフェクション法、酢酸リチウム法等を用いることも、同様に当業者において周知である。   Any of the transformed cells disclosed in the present specification described above can be prepared according to the method described in Molecular Cloning 3rd Edition, Current Protocols in Molecular Biology, etc. . Vectors for the transformation of host cells such as eukaryotic microorganisms and methods for their construction are well known to those skilled in the art and disclosed in Molecular Cloning 3rd Edition, Current Protocols in Molecular Biology, etc. Yes. Similarly, vectors for expressing cohesin proteins and proteins having a dockrin domain in eukaryotic microorganisms and construction methods thereof are also well known to those skilled in the art. In addition, for transformation, various conventionally known methods such as transformation method, transfection method, conjugation method, protoplast method, electroporation method, lipofection method, lithium acetate method and the like can be used as well. Well known in the art.

(セルラーゼ組成物)
本明細書の開示によれば、本タンパク質と、さらに、他のセルラーゼ、たとえば、他のセロビオヒドロラーゼ及びエンドグルカナーゼからなる群から選択される1種又は2種以上を組み合わせの組成物が提供される。本組成物によれば、本タンパク質の優れたセロビオヒドロラーゼ活性により高いセルロース分解活性を呈することができる。本組成物に含まれる本タンパク質以外のセルラーゼとしては、特に限定しないで、公知のセルラーゼから適宜選択される。例えば、Phanerochaete chrysosporium由来でない他起源のエンドグルカナーゼが挙げられる。他起源由来のエンドグルカナーゼとしては、公知の各種エンドグルカナーゼが挙げられ、これらを単独であるいは2種類以上を適宜組み合わせて用いることができる。たとえば、GHF5に属するエンドグルカナーゼが挙げられる。GHF5に分類されるエンドグルカナーゼのなかでも、好ましくは、Trichoderma reesei由来のエンドグルカナーゼ、Aspergillus oryzae由来のエンドグルカナーゼ及びAspergillus niger由来のエンドグルカナーゼを好ましく用いることができる。より好ましくはTrichoderma reesei由来のエンドグルカナーゼAspergillus niger由来のエンドグルカナーゼである。GHF5に分類されるエンドグルカナーゼは、こうしたエンドグルカナーゼから選択される1種又は2種以上を適宜組み合わせて用いることができる。また、本セルラーゼ組成物は、β−グルコシダーゼを含んでいてもよい。
(Cellulase composition)
According to the disclosure of the present specification, there is provided a composition comprising the protein and one or more kinds selected from the group consisting of other cellulases, for example, other cellobiohydrolases and endoglucanases. The According to this composition, a high cellulolytic activity can be exhibited due to the excellent cellobiohydrolase activity of this protein. Cellulases other than the present protein contained in the present composition are not particularly limited and are appropriately selected from known cellulases. For example, endoglucanases of other origins not derived from Phanerochaete chrysosporium can be mentioned. Examples of endoglucanases derived from other sources include various known endoglucanases, which can be used alone or in combination of two or more. An example is endoglucanase belonging to GHF5. Among endoglucanases classified as GHF5, preferably, endoglucanase derived from Trichoderma reesei, endoglucanase derived from Aspergillus oryzae, and endoglucanase derived from Aspergillus niger can be preferably used. More preferred is an endoglucanase derived from Trichoderma reesei endoglucanase Aspergillus niger. The endoglucanase classified as GHF5 can be used by appropriately combining one or more selected from such endoglucanases. The cellulase composition may contain β-glucosidase.

エンドグルカナーゼとしては、GHF12に属するエンドグルカナーゼが挙げられる。なかでも、Trichoderma reesei由来のエンドグルカナーゼ、Aspergillus niger由来のエンドグルカナーゼ及びAspergillus oryzae由来のエンドグルカナーゼが挙げられる。こうしたエンドグルカナーゼから選択される1種又は2種以上を適宜組み合わせて用いることができる。エンドグルカナーゼとしては、GHF7及びGHF45に属するエンドグルカナーゼであってもよい。なかでも、Trichoderma reesei由来のエンドグルカナーゼを好ましく用いることができる。   The endoglucanase includes endoglucanase belonging to GHF12. Among these, endoglucanase derived from Trichoderma reesei, endoglucanase derived from Aspergillus niger, and endoglucanase derived from Aspergillus oryzae can be mentioned. One or more selected from these endoglucanases can be used in appropriate combination. The endoglucanase may be an endoglucanase belonging to GHF7 and GHF45. Among these, an endoglucanase derived from Trichoderma reesei can be preferably used.

本セルラーゼ組成物は、Phanerochaete chrysosporium由来のエンドグルカナーゼを含んでいてもよい。Phanerochaete chrysosporium由来のエンドグルカナーゼは、セロビオヒドロラーゼII及びその改変体をPhanerochaete chrysosporiumの培養物等から取得した場合においてセロビオヒドロラーゼII及びその改変体とともに容易に取得できる。   The cellulase composition may contain an endoglucanase derived from Phanerochaete chrysosporium. The endoglucanase derived from Phanerochaete chrysosporium can be easily obtained together with cellobiohydrolase II and its variant when cellobiohydrolase II and its variant are obtained from a culture of Phanerochaete chrysosporium or the like.

本セルラーゼ組成物は、エンドグルカナーゼ以外の他のセルラーゼを含むことができる。例えば、GHF7に属するセロビオヒドロラーゼIを含有することができる。セロビオヒドロラーゼIは、セロビオヒドロラーゼIが、セロビオヒドロラーゼII等と協動することにより、一層セルロース分解の相乗効果が発揮される。セロビオヒドロラーゼIは、Phanerochaete chrysosporium由来であってもよいし、他起源であってもよい。   The cellulase composition may contain other cellulases other than endoglucanases. For example, cellobiohydrolase I belonging to GHF7 can be contained. As for cellobiohydrolase I, cellobiohydrolase I cooperates with cellobiohydrolase II and the like, so that a synergistic effect of cellulose degradation is further exhibited. Cellobiohydrolase I may be derived from Phanerochaete chrysosporium or from other sources.

本セルラーゼ組成物は、Phanerochaete chrysosporium以外の他起源のセルラーゼ生産菌の培養物(培養上清であってもよい)から取得された2種類以上のセルラーゼを含有していてもよい。セルラーゼ生産菌としては、特に限定されないで、適宜選択できるが、エンドグルカナーゼの起源としてTrichoderma reesei、Aspergillus aculeatus、Aspergillus niger、Aspergillus oryzae等が好ましく挙げられる。より好ましくは、Trichoderma reeseiである。   The present cellulase composition may contain two or more cellulases obtained from a culture of cellulase-producing bacteria other than Phanerochaete chrysosporium (may be a culture supernatant). The cellulase-producing bacterium is not particularly limited and can be appropriately selected. Preferred examples of endoglucanase include Trichoderma reesei, Aspergillus aculeatus, Aspergillus niger, Aspergillus oryzae and the like. More preferred is Trichoderma reesei.

本セルラーゼ組成物は、化学的あるいは遺伝子工学的に本タンパク質及び必要に応じて他のセルラーゼを生産し、組み合わせることによって得ることができる。本セルラーゼ組成物を構成する全てのセルラーゼを同一の宿主細胞で遺伝子工学的に生産し、その培養上清や培養菌体を回収することによって、本セルラーゼ組成物を得るようにしてもよい。   This cellulase composition can be obtained by producing and combining the present protein and, if necessary, other cellulases chemically or genetically. You may make it obtain this cellulase composition by producing all the cellulases which comprise this cellulase composition by genetic engineering with the same host cell, and collect | recovering the culture supernatant and culture | cultivation microbial cells.

本セルラーゼ組成物は、本タンパク質及び他のセルラーゼを、それぞれ精製したものとして含有していてもよいし、未精製タンパク質として他タンパク質やその他の成分を含んでいてもよい。また、その製剤形態は、特に限定されず、固形製剤(粉末(凍結乾燥体等)、タブレット等、顆粒等)であってもよいし、溶液(流通時においては凍結体であることが好ましい。)であってもよい。   The present cellulase composition may contain the present protein and other cellulases as purified ones, or may contain other proteins and other components as unpurified proteins. The form of the preparation is not particularly limited, and may be a solid preparation (powder (lyophilized body, etc.), tablet, granule, etc.) or a solution (a frozen body during distribution). ).

(本タンパク質複合体)
本明細書に開示されるタンパク質複合体は、本タンパク質と、本タンパク質をコヘシン−ドックリン結合によりコヘシンタンパク質上に備えている。ある種の細菌が、複数種類のセルラーゼを保持するタンパク質構造体を自己細胞表層に構築することが知られており、当該タンパク質構造体がセルロソームとして知られている。セルロソームは、セルラーゼが、スキャホールディンタンパク質に保持されて構成されており、セルロソームとスキャホールディンタンパク質とは、それぞれが備えるドックリンドメインとコヘシンドメインとの間の結合、すなわち、コヘシン−ドッケリン結合により結合されている。公知のセルロソームにおけるドックリンドメイン及びコヘシンドメインのアミノ酸配列は既にいくつか開示されている。コヘシン−ドックリン結合は、非共有結合性であって、そのアミノ酸配列に依存した水素結合等に基づくと考えられる。したがって、こうした開示に従い、ドックリンドメインを付加した本タンパク質と1又は2以上のコヘシンドメインを備えるスキャホールディンタンパク質(コヘシンタンパク質という。)とにより、人工的なセルロソーム、すなわち、タンパク質複合体を構築することができる。
(This protein complex)
The protein complex disclosed in the present specification includes the present protein and the present protein on the cohesin protein through a cohesin-docklin bond. It is known that a certain kind of bacteria constructs a protein structure holding a plurality of types of cellulases on the surface of its own cell, and the protein structure is known as a cellulosome. The cellulosome is composed of cellulase held in a scaffoldin protein. The cellulosome and scaffoldin protein are bound between the dockrin domain and the cohesin domain, ie, the cohesin-dockerin bond. Are combined. Several amino acid sequences of the dockrin domain and cohesin domain in known cellulosomes have already been disclosed. The cohesin-docklin bond is considered to be non-covalent and based on a hydrogen bond depending on the amino acid sequence. Therefore, according to this disclosure, an artificial cellulosome, that is, a protein complex, can be obtained from the present protein with a dockrin domain added and a scaffoldin protein (referred to as a cohesin protein) having one or more cohesin domains. Can be built.

本タンパク質複合体においては、本タンパク質には、ドックリンドメインが付加されてキメラ化(キメラタンパク質)されている。ドックリンドメインは、コヘシン−ドックリン結合により後述するコヘシンタンパク質に本タンパク質を結合させる部位である。ドックリンドメインは、例えば、公知のセルロソーム生産微生物のセルロソームを構成するセルラーゼの一部に備えられている。本セルラーゼ複合体に用いるドックリンドメインとしては、公知の各種のセルロソーム生産微生物のセルラーゼのドックリンドメインから選択される。例えば、C. thermocellumのエンドグルカナーゼのドックリンドメインを含むアミノ酸配列が挙げられる。ドックリンリンドメインは、活性ドメインのN末端側及びC末端側のいずれの側にあってもよいが、好ましくは、C末端側に配置される。   In this protein complex, the protein is chimerized (chimeric protein) by adding a dockerin domain. A dockerin domain is a site | part which makes this protein couple | bond with the cohesin protein mentioned later by a cohesin-docklin bond. The dockerin domain is provided, for example, in a part of cellulase constituting the cellulosome of a known cellulosome-producing microorganism. The dockerin domain used in the present cellulase complex is selected from the known dockerin domains of cellulases of various cellulosome-producing microorganisms. For example, an amino acid sequence containing the dockrin domain of C. thermocellum endoglucanase can be mentioned. The dockerin domain may be on either the N-terminal side or the C-terminal side of the active domain, but is preferably located on the C-terminal side.

本タンパク質複合体は、既述の本セルラーゼ組成物が含みうる他のセルラーゼがコヘシンタンパク質に保持されていてもよい。他のセルラーゼに関しても、本タンパク質と同様に、ドックリンドメインが付加されてキメラ化されていてもよいし、本来的にドックリンドメインを有しているセルラーゼであってもよい。他のセルラーゼに付加されるドックリンドメインは、本タンパク質に付加されるドックリンドメインと同一であってもよいし異なっていてもよい。   In the present protein complex, another cellulase that may be contained in the present cellulase composition described above may be retained in the cohesin protein. Other cellulases may be chimerized with the addition of a dockerin domain as in the present protein, or may be cellulases that inherently have a dockerin domain. The dockerin domain added to other cellulases may be the same as or different from the dockerin domain added to the present protein.

コヘシンタンパク質は、コヘシンタンパク質は、本タンパク質が備えるドックリンドメインを結合する1又は2以上のコヘシンドメインを有している。これにより、コヘシンタンパク質は、本タンパク質をコヘシン−ドックリン結合で保持でき、本タンパク質複合体の骨格タンパク質として機能する。また、本タンパク質複合体は、他のセルラーゼを保持するための異なるコヘシンドメインの組み合わせあるいは配列を有するコヘシンタンパク質を備えていてもよい。   The cohesin protein has one or more cohesin domains that bind to the dockrin domain of the protein. Thereby, cohesin protein can hold | maintain this protein by a cohesin-docklin coupling | bonding, and functions as a skeleton protein of this protein complex. In addition, the protein complex may include a cohesin protein having a combination or sequence of different cohesin domains for holding other cellulases.

コヘシンタンパク質が備える、1又は2以上のコヘシンドメインは、セルロソームのスキャホールディンタンパク質が備えるコヘシンドメインに由来している。コヘシンドメインは、セルロソーム生産微生物の形成するセルロソームにおけるタイプI〜III骨格タンパク質に備えられる触媒活性のあるセルラーゼ等を非共有結合で結合するドメインとして知られている(粟冠ら、蛋白質核酸酵素、Vol.44、No.10(1999)、p41-p50、Demain, A. L., et al., Microbiol Mol. Biol Rev., 69(1), 124-54(2005), Doi, R. H., et al., J. Bacterol., 185(20), 5907-5914(2003)等)。すなわち、コヘシンドメインとしては、セルロソームのタイプI骨格タンパク質上のタイプIコヘシンドメイン、同タイプII骨格タンパク質上のタイプIIコヘシンドメイン及びタイプIII骨格タンパク質上のタイプIIIコヘシンドメインが挙げられる。こうした各種タイプのコヘシンドメインとしては、各種セルロソーム生産微生物において多数その配列が決定されている。これらの各種のタイプのコヘシンのアミノ酸配列及びDNA配列は、NCBIのHP(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/)等を介してアクセス可能な各種のタンパク質データベースやDNA配列のデータベースにより容易に取得することができる。   One or more cohesin domains provided in the cohesin protein are derived from the cohesin domain provided in the cellulosomal scaffoldin protein. The cohesin domain is known as a domain that binds a catalytically active cellulase or the like provided in type I to III skeletal proteins in cellulosomes formed by cellulosome-producing microorganisms (Nakaku et al., Protein nucleic acid enzyme, Vol.44, No.10 (1999), p41-p50, Demain, AL, et al., Microbiol Mol. Biol Rev., 69 (1), 124-54 (2005), Doi, RH, et al., J. Bacterol., 185 (20), 5907-5914 (2003), etc.). That is, the cohesin domain includes a type I cohesin domain on a cellulosome type I skeletal protein, a type II cohesin domain on the same type II skeletal protein, and a type III cohesin domain on a type III skeletal protein. Many of these types of cohesin domains have been sequenced in various cellulosome-producing microorganisms. The amino acid sequences and DNA sequences of these various types of cohesins are various protein databases and DNA sequence databases accessible via NCBI HP (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/), etc. Can be obtained more easily.

コヘシンドメインは、こうしたコヘシンドメインに由来するドメインであって、キメラタンパク質のドックリンドメインと結合することができる。セルラーゼの活性ドメインへのドックリンドメインのキメラ化は活性ドメインの活性が意図せずに低下することなどにより困難な場合があることから、キメラタンパク質のドックリンドメインに応じてコヘシンドメインを選択することができる。また、コヘシン−ドックリン結合の強度等も考慮してコヘシンドメインを選択することができる。   A cohesin domain is a domain derived from such a cohesin domain and can bind to the dockerin domain of the chimeric protein. Chimerization of the dockerin domain into the active domain of cellulase may be difficult due to unintentionally reduced activity of the active domain, so select the cohesin domain according to the dockerin domain of the chimeric protein be able to. In addition, the cohesin domain can be selected in consideration of the strength of the cohesin-docklin bond and the like.

本タンパク質複合体にあっては、例えば、キメラタンパク質のドックリンドメインが例えば、C. thermocellumのcelAのドックリンドメインに対して、C. thermocellumのスキャホールディンタンパク質のコヘシンドメインが挙げられる。   In the present protein complex, for example, the dockerin domain of the chimeric protein may be, for example, the cohesin domain of the C. thermocellum scaholdin protein relative to the dockin domain of celA of C. thermocellum.

本タンパク質複合体は、タンパク質の複合体として、それ自体独立した形態であってもよいし、適当なキャリアに固定化ないし保持されていてもよい。また、酵母等の微生物の表層に提示された状態であってもよい。本タンパク質複合体は、例えば、それぞれのタンパク質を公知のタンパク質製造方法により取得し、これらのタンパク質を接触させる条件下において、コヘシンタンパク質に対してキメラタンパク質を自己集合させることにより取得できる。本タンパク質複合体を細胞表層に提示する場合には、コヘシンタンパク質を細胞表層に提示させ、キメラタンパク質を細胞外に分泌するように発現させる。   The present protein complex may be an independent form as a protein complex, or may be immobilized or held on an appropriate carrier. Moreover, the state shown on the surface layer of microorganisms, such as yeast, may be sufficient. The present protein complex can be obtained, for example, by obtaining each protein by a known protein production method and self-assembling the chimeric protein with the cohesin protein under the condition in which these proteins are brought into contact with each other. When presenting the present protein complex on the cell surface, cohesin protein is presented on the cell surface and the chimeric protein is expressed so as to be secreted outside the cell.

また、本タンパク質複合体は、その構成タンパク質のうち1又は2以上を分泌発現する微生物の培養上清又はそのタンパク質精製物を混合してすべての構成タンパク質を接触させて自己集合させることによって取得できる。なお、構成タンパク質のすべてが微生物によって分泌発現されなくてもよく、必要に応じ微生物によって生産されない構成タンパク質を別途製造して混合してもよい。また、構成タンパク質のすべてを分泌発現する微生物の場合、この微生物の培養上清に、これらタンパク質が自己集合可能な状態で含まれるため、その培養上清に、本タンパク質複合体を取得できる。   In addition, the present protein complex can be obtained by mixing a culture supernatant of a microorganism that secretes and expresses one or more of its constituent proteins or a protein purified product thereof, bringing all the constituent proteins into contact with each other and allowing them to self-assemble. . Note that not all of the constituent proteins may be secreted and expressed by the microorganism, and if necessary, constituent proteins that are not produced by the microorganism may be separately produced and mixed. In addition, in the case of a microorganism that secretes and expresses all of the constituent proteins, since the protein is contained in the culture supernatant of the microorganism in a state capable of self-assembly, the protein complex can be obtained in the culture supernatant.

(セルロースの分解産物の生産方法)
本明細書に開示されるセルロースの分解産物の生産方法は、セルロースを含む材料と本タンパク質を含む1種又は2種以上のセルラーゼを接触させる工程を備える、方法が提供される。本方法によれば、耐熱性が向上したセロビオヒドロラーゼである本タンパク質を用いることにより、より高温で効率的にセルロースを分解できる。セルロース系の分解のための温度としては、例えば、50℃以上70℃以下であり、より好ましくは50℃以上65℃以下であり、さらに好ましくは50℃以上60℃以下である。
(Production method of cellulose degradation products)
The method for producing a degradation product of cellulose disclosed in the present specification provides a method comprising a step of bringing a material containing cellulose into contact with one or more cellulases containing the protein. According to this method, cellulose can be efficiently decomposed at a higher temperature by using the present protein, which is a cellobiohydrolase with improved heat resistance. The temperature for cellulosic decomposition is, for example, 50 ° C. or more and 70 ° C. or less, more preferably 50 ° C. or more and 65 ° C. or less, and further preferably 50 ° C. or more and 60 ° C. or less.

この工程で用いる1種又は2種以上のセルラーゼとしては、本セルラーゼ組成物に含まれうる他のセルラーゼから適宜選択して用いることができる。分解工程においては、セルラーゼは、本セルラーゼ組成物として供給されてもよいし、本タンパク質複合体として提供されていてもよい。分解工程における処理温度や時間等の条件は、用いるセルラーゼの種類及びセルロースの供給形態によって適宜設定することができる。   As 1 type (s) or 2 or more types of cellulases used at this process, it can select from the other cellulases which can be contained in this cellulase composition suitably, and can use them. In the decomposition step, cellulase may be supplied as the present cellulase composition or may be provided as the present protein complex. Conditions such as treatment temperature and time in the decomposition step can be appropriately set depending on the type of cellulase used and the supply form of cellulose.

本明細書において、セルロースとは、バイオマスから他の成分から分離工程を経たセルロースとして供給されてもよいし、リグニン、ヘミセルロース及び/又はペクチンが共存する未処理あるいは部分的な前処理を施したバイオマスなどセルロースを含有する材料として供給されてもよい。セルロースを含む材料としては、稲ワラ、麦ワラ、バガス、枯れ草等の廃棄資源のほか、未利用資源であってもよく、セルロースを含んでいれば特に限定されない。また、本明細書において、セルロース分解産物としては、セルロースの低分子化物であればよく、グルコース、そのオリゴマー、セロビオース等が挙げられる。   In the present specification, the cellulose may be supplied as a cellulose that has undergone a separation step from other components from biomass, or biomass that has been subjected to untreated or partial pretreatment in which lignin, hemicellulose, and / or pectin coexist. For example, it may be supplied as a material containing cellulose. As a material containing cellulose, waste resources such as rice straw, wheat straw, bagasse, and dead grass, as well as unused resources may be used, and there is no particular limitation as long as cellulose is contained. Moreover, in this specification, as a cellulose degradation product, what is necessary is just the low molecular weight thing of a cellulose, and glucose, its oligomer, cellobiose etc. are mentioned.

(有用物質の生産方法)
本明細書の開示によれば、有用物質を生産する方法であって、セルロースを含む材料と本タンパク質を含む1種又は2種以上のセルラーゼとを接触させる工程と、前記接触工程で得られた前記セルロースの分解産物を含む炭素源の存在下、微生物培養する工程を備える、方法が提供される。本生産方法によれば、本タンパク質を用い、向上したセロビオヒドロラーゼ活性がセルロースの分解に寄与するため、効率的にセルロースを分解することができる。本生産方法では、セルロースの分解工程と、微生物の培養工程を独立して実施できる。したがって、セルロースの分解工程は、本セルラーゼ組成物や本タンパク質複合体を、酵素製剤として用いてセルロースを分解し、その後、このセルロース分解産物を培養工程に供給して発酵してもよい。
(Useful substance production method)
According to the disclosure of the present specification, it is a method for producing a useful substance, obtained by contacting a material containing cellulose with one or more cellulases containing the protein, and the contacting step. There is provided a method comprising culturing a microorganism in the presence of a carbon source containing the degradation product of cellulose. According to this production method, since the improved cellobiohydrolase activity contributes to the degradation of cellulose using this protein, it is possible to efficiently degrade the cellulose. In this production method, the cellulose decomposition step and the microorganism cultivation step can be carried out independently. Therefore, in the cellulose decomposition step, the cellulase composition or the protein complex may be used as an enzyme preparation to decompose cellulose, and then the cellulose decomposition product may be supplied to the culturing step for fermentation.

また、本明細書の開示によれば、セルロースを含む炭素源を、本タンパク質を含む2種以上のセルラーゼの存在下、微生物を培養する工程を含む、有用物質の生産方法も提供される。この形態によれば、本タンパク質の向上したセロビオヒドロラーゼ活性に基づき、いわゆる糖化・発酵同時プロセス(CBP)を効率的に行うことができる。本形態では、発酵用微生物が本タンパク質及びその他のセルラーゼを自己生産してもよいし、外部から供給してもよい。自己生産と外部供給とを組み合わせてもよい。微生物が本タンパク質を含む2種以上のタンパク質を自己生産するときには、本タンパク質等を細胞外に分泌する形態であってもよいし、細胞表層に提示する形態であってもよい。   Moreover, according to the indication of this specification, the production method of a useful substance including the process of culture | cultivating microorganisms in the presence of 2 or more types of cellulases containing this protein for the carbon source containing cellulose is also provided. According to this form, based on the improved cellobiohydrolase activity of the present protein, a so-called simultaneous saccharification / fermentation process (CBP) can be efficiently performed. In this embodiment, the microorganism for fermentation may self-produce the protein and other cellulases, or may be supplied from the outside. Self-production and external supply may be combined. When a microorganism self-produces two or more kinds of proteins including the present protein, the form may be such that the present protein or the like is secreted outside the cell, or may be presented on the cell surface.

培養工程で用いる微生物は、既に形質転換細胞について説明した宿主を初めとして酵母などのエタノール生産微生物や麹菌等の真核微生物を好ましく用いることができる。微生物は、人工的に取得された微生物であってもよい。例えば、グルコースからの代謝系の1種又は2種以上の酵素を遺伝子組換えにより置換、追加等して得られる本来の代謝物でない化合物を産生可能に遺伝子工学的に改変したものであってもよい。このような微生物を用いることで、例えば、イソプレノド合成経路の追加によるファインケミカル(コエンザイムQ10、ビタミン及びその原料等)、解糖系の改変によるグリセリンの生産、プラスチック・化成品原料を生産するなどのバイオリファイナリー技術に適用できる。有用物質としては特に限定しないが、グルコースを利用して微生物が生成可能なものが好ましく、上記したように、バイオリファイナリー技術全般にわたる物質を対象とすることができる。   As the microorganisms used in the culturing step, ethanol-producing microorganisms such as yeast and eukaryotic microorganisms such as Aspergillus can be preferably used, starting with the host already described for the transformed cells. The microorganism may be an artificially obtained microorganism. For example, it may be genetically engineered so that it can produce a compound that is not the original metabolite obtained by replacing or adding one or more enzymes in the metabolic system from glucose by genetic recombination. Good. By using such microorganisms, for example, biochemicals such as the production of fine chemicals (coenzyme Q10, vitamins and their raw materials, etc.) by adding an isoprenod synthesis pathway, the production of glycerin by modification of glycolysis, and the raw materials for plastics and chemical products. Applicable to refinery technology. Although it does not specifically limit as a useful substance, The thing which can produce | generate microorganisms using glucose is preferable, and as above-mentioned, the substance over the biorefinery technique can be made into object.

以下、本発明を、実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、以下に述べる遺伝子組換え操作は既出のMolecular Cloningに従い行った。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated concretely, this invention is not limited to these Examples. The gene recombination operation described below was performed according to the previously described Molecular Cloning.

(1)耐熱性候補変異の選定
P. chrysosporium由来のセロビオヒドロラーゼII(PcCBH2)は、触媒ドメインとセルロース結合ドメイン(CBD)がリンカーでつながった構造を持つ。以下の実施例では、触媒ドメイン内のアミノ酸置換による耐熱化を試みた。すなわち、5種類の耐熱カビ(Hypocrea koningii、Acremonium cellulolyticus Y-94、Agaricus bisporus、Talaromyces emersonii、Lentinula edodes L54)由来のセロビオヒドラーゼII及びPcCBH2の触媒ドメインのアミノ酸配列をホモロジー検索した。上記ホモロジー検索後のアミノ酸配列の各部位で、耐熱カビ由来セルラーゼ間での相同性が高く、かつPcCBH2とは異なるアミノ酸である部位を探した。その結果、上記条件を満たす45部位の51アミノ酸置換を耐熱性候補変異として選定した。それぞれの変異候補の部位とそのアミノ酸置換を図1に示す。
(1) Selection of heat resistant candidate mutations
Cellobiohydrolase II (PcCBH2) derived from P. chrysosporium has a structure in which the catalytic domain and the cellulose binding domain (CBD) are connected by a linker. In the following examples, heat resistance was attempted by amino acid substitution in the catalytic domain. That is, the homology search was performed on the amino acid sequences of the catalytic domains of cellobiohydrase II and PcCBH2 derived from five kinds of heat-resistant molds (Hypocrea koningii, Acremonium cellulolyticus Y-94, Agaricus bisporus, Talaromyces emersonii, Lentinula edodes L54). At each site of the amino acid sequence after the above homology search, a site having high homology between heat-resistant mold-derived cellulases and an amino acid different from PcCBH2 was searched. As a result, 45 amino acid substitutions at 45 sites satisfying the above conditions were selected as heat-resistant candidate mutations. Each mutation candidate site and its amino acid substitution are shown in FIG.

(2)耐熱性候補変異を含む変異体の構築
耐熱化への初期配列としてPcCBH2変異体5−6(配列番号5、配列番号6)を用いた。変異体5−6は、配列番号4で表されるアミノ酸配列において、そのCBDのみに、アミノ酸置換(S22P置換(塩基配列上の変異:T64C))及び同義置換(塩基配列上の変異:G9A)をそれぞれ各一つ備えており、試験管内合成において野生型PcCBH2よりもタンパク質合成量が高い変異体であることがわかっている。耐熱性に対する上記耐熱化候補変異の寄与を評価するため、変異体5−6に変異候補(アミノ酸置換)を1つまたは2つ含む変異体(以後、耐熱化候補変異体と呼ぶ)を以下の表4に示すように合計43個作成することとした。これらの変異体に相当するアミノ酸配列をそれぞれコードするオリゴマーDNA及びその直近の相補鎖オリゴマーDNAをプライマーとして用いてインバースPCR法でプラスミド鎖を増幅し、5’−末端をリン酸化後、ライゲーションによるプラスミドの環状化、大腸菌への形質転換を経て取得した。各変異体の変異導入は、シーケンスを行い確認した。なお、以下の実施例においては、これら43個の変異位置は、PcCBH2の触媒ドメインのアミノ酸配列(配列番号2)の最初のアミノ酸(S)を1としたときの変異位置で示す。
(2) Construction of mutant containing heat-resistant candidate mutation PcCBH2 mutant 5-6 (SEQ ID NO: 5, SEQ ID NO: 6) was used as an initial sequence for heat resistance. Mutant 5-6 has an amino acid substitution (S22P substitution (mutation on the base sequence: T64C)) and synonymous substitution (mutation on the base sequence: G9A) only in its CBD in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 4. It is known that these are mutants that have higher protein synthesis than wild-type PcCBH2 in vitro synthesis. In order to evaluate the contribution of the above heat-resistant candidate mutations to heat resistance, mutants 5-6 containing one or two mutation candidates (amino acid substitutions) (hereinafter referred to as heat-resistant candidate mutants) are as follows: As shown in Table 4, a total of 43 pieces were prepared. Plasmid chain is amplified by inverse PCR method using oligomer DNA encoding amino acid sequences corresponding to these mutants and its closest complementary strand oligomer DNA as primers, phosphorylated at 5'-end, and then ligated plasmid Obtained through cyclization and transformation into E. coli. Mutation introduction of each mutant was confirmed by sequencing. In the following Examples, these 43 mutation positions are shown as mutation positions when the first amino acid (S) of the amino acid sequence of the catalytic domain of PcCBH2 (SEQ ID NO: 2) is 1.

(3)セルラーゼの試験管内合成方法
43種の変異体を試験管内で合成した。試験管内合成の鋳型として、(1)で取得したDNAに対してプライマー(5’- ATCTCGATCCCGCGAAATTAATAC-3’(配列番号7)、 5’- TCCGG ATATA GTTCC TCCTT TCAG-3’(配列番号8))を用いて増幅させたPCR産物を、PCR purification kit (Qiagen)で精製したものを用いた。なお、このPCR産物には、T7プロモーター配列、開始コドン、遺伝子配列、終始コドン、ターミネーター配列が含まれている。
(3) Method for in vitro synthesis of cellulase Forty-three variants were synthesized in vitro. As a template for in vitro synthesis, primers (5'- ATCTCGATCCCGCGAAATTAATAC-3 '(SEQ ID NO: 7), 5'-TCCGG ATATA GTTCC TCCTT TCAG-3' (SEQ ID NO: 8)) are used for the DNA obtained in (1). A PCR product amplified by using a PCR purification kit (Qiagen) was used. This PCR product includes a T7 promoter sequence, an initiation codon, a gene sequence, a termination codon, and a terminator sequence.

変異体の試験管内合成は、表5に示す組成の反応液で、26℃、3時間、in vitroでの転写翻訳共役反応として行った。無細胞蛋白質合成反応の促進剤として、ATPの枯渇を補うためにクレアチンキナーゼをATP生成酵素(ADP+ホスホクレアチン→ATP)として、リファンピシンはRNA合成開始阻害剤、フォリン酸はRNA転写阻害剤として添加した。また、タンパク質のフォールディングを助ける因子として、各種シャペロンを高発現した大腸菌A19株から抽出したS30菌体抽出液(−DTT)を用いた。更に、S−S結合形成促進因子である、カビ由来プロテインジスルフィドイソメラーゼも添加した。   The in vitro synthesis of the mutants was performed as a transcription / translation coupling reaction in vitro at 26 ° C. for 3 hours using the reaction solution having the composition shown in Table 5. As a promoter of cell-free protein synthesis reaction, creatine kinase was added as an ATP-generating enzyme (ADP + phosphocreatine → ATP) to compensate for ATP depletion, rifampicin was added as an RNA synthesis initiation inhibitor, and folinic acid was added as an RNA transcription inhibitor . In addition, S30 cell extract (-DTT) extracted from Escherichia coli A19 strain that highly expressed various chaperones was used as a factor to assist protein folding. Furthermore, mold-derived protein disulfide isomerase, which is an SS bond formation promoting factor, was also added.

(1)変異体の耐熱試験方法
合成した変異体を、50mM酢酸緩衝液(pH5.0)で100倍に希釈、49,50,51,52,53及び54℃の各温度で2時間保温する熱処理後、その残存活性をリン酸膨潤セルロース(PSC)分解(反応条件:40℃、16時間)後の遠心上精の還元糖量をTZアッセイ法(Journal of Biochemical and Biophysical Methods, 11 (1985) 109-115)を用いて評価した。残存活性は熱処理前の活性との比で表した。またセルラーゼの耐熱温度は上記残存活性が50%となるときの温度と定義した。
(1) Method of heat resistance test of mutant The synthesized mutant is diluted 100 times with 50 mM acetate buffer (pH 5.0) and incubated at 49, 50, 51, 52, 53 and 54 ° C. for 2 hours. After the heat treatment, the residual activity was determined by the TZ assay method (Journal of Biochemical and Biophysical Methods, 11 (1985)) after the decomposition of phosphate swelling cellulose (PSC) (reaction conditions: 40 ° C., 16 hours). 109-115). The residual activity was expressed as a ratio with the activity before heat treatment. The heat-resistant temperature of cellulase was defined as the temperature at which the residual activity was 50%.

(2)耐熱化候補変異体の耐熱試験
作製した43個すべての変異体につき、上記の耐熱性評価を行った。結果を図2に示す。図2に示すように、初期配列の変異体5−6の耐熱温度は50.3℃であったのに対し、耐熱性変異候補を含む変異体の耐熱温度は48〜51.5℃の間でばらついていた。また、熱処理前のセロビオヒドロラーゼ活性を評価したところ、図3に示すように、初期変異体5−6と比較して著しく減少している変異体はなかった。すなわち耐熱化候補のアミノ酸に置換しても、セルラーゼ活性への影響は見られないことが示された。
(2) Heat resistance test of heat-resistant candidate mutants All the 43 mutants prepared were subjected to the above heat resistance evaluation. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 2, the heat resistance temperature of the mutant 5-6 of the initial sequence was 50.3 ° C., whereas the heat resistance temperature of the mutant containing the heat resistant mutation candidate was between 48 and 51.5 ° C. It was uneven. Moreover, when the cellobiohydrolase activity before heat processing was evaluated, as shown in FIG. 3, there was no mutant which decreased remarkably compared with the initial mutant 5-6. In other words, it was shown that no effect on cellulase activity was observed even when the amino acid was replaced with a thermostable candidate amino acid.

(3)有利変異の選定
以上の耐熱性評価の結果、13個の耐熱性が向上した変異体が得られた。その耐熱性を向上させた変異を有利変異と呼ぶこととした。今回に実験で得られた有利変異を表6及び図4に示す。図4に示すように、これらの有利変異は、いずれも、52℃環境下で2時間保温後において、氷冷保持条件と比較して1.3〜7倍残存活性を向上させるものであった。
(3) Selection of advantageous mutation As a result of the above heat resistance evaluation, 13 mutants with improved heat resistance were obtained. The mutation with improved heat resistance was called an advantageous mutation. The advantageous mutations obtained in this experiment are shown in Table 6 and FIG. As shown in FIG. 4, these advantageous mutations all improved the residual activity by 1.3 to 7 times as compared with the ice-cooled holding condition after the incubation at 52 ° C. for 2 hours. .

(4)第1世代変異体の選択
有利変異を一つずつ親配列に加算したDNAを合成し、当該DNAを鋳型として、各変異体を実施例1と同様にして試験管内合成して、既に実施した方法に準じて耐熱性評価を行ったところ、最も耐熱性が高かった有利変異M−18による変異体第1世代とした。なお、以下に、世代毎の変異体における変異の組み合わせを示す。
(4) Selection of first-generation mutants DNA in which advantageous mutations were added to the parent sequence one by one was synthesized, and each mutant was synthesized in vitro in the same manner as in Example 1 using the DNA as a template. When heat resistance evaluation was performed according to the implemented method, it was set as the 1st generation mutant by the advantageous mutation M-18 having the highest heat resistance. In addition, the combination of the mutation in the mutant for every generation is shown below.

(第2世代の選択)
実施例2で得た変異体T259H(M1−18)に有利変異Q298S/F299L(M1−20)を導入した変異体(W1820)を実施例1と同様にして合成し、実施例2と同様にして耐熱性を評価した。結果を図5に示す。図5に示すように、有利変異を蓄積したW1820の耐熱性はM1−18及びM1−20と比較して向上していた。この変異体を第2世代として選択した。
(2nd generation selection)
A mutant (W1820) in which the advantageous mutation Q298S / F299L (M1-20) was introduced into the mutant T259H (M1-18) obtained in Example 2 was synthesized in the same manner as in Example 1, and the same as in Example 2. The heat resistance was evaluated. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 5, the heat resistance of W1820 accumulating advantageous mutations was improved compared to M1-18 and M1-20. This mutant was selected as the second generation.

(第3世代の選択)
実施例3で得られた変異体W18+20に有利変異(M1−1,−2,−4,−12)をそれぞれ導入し、その変異体を実施例1と同様にして合成し、実施例2と同様にして耐熱性を評価した。結果を図6に示す。図6に示すように、有利変異T47I/S51Q(M1−4)を導入した変異体(Tri4)の耐熱性が最も向上していた。この変異体を第3世代として選択した。
(3rd generation selection)
An advantageous mutation (M1-1, -2, -4, -12) was introduced into the mutant W18 + 20 obtained in Example 3, and the mutant was synthesized in the same manner as in Example 1. Similarly, the heat resistance was evaluated. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 6, the heat resistance of the mutant (Tri4) introduced with the advantageous mutation T47I / S51Q (M1-4) was most improved. This mutant was selected as the third generation.

(第4世代の選択)
実施例4で得られた有利変異が3個導入された変異体Tri4に4つの有利変異(M1−1,−11,−12,−14,−15)をそれぞれ導入した変異体を、実施例1と同様にして合成し、実施例2と同様にして耐熱性を評価した。結果を図7に示す。図7に示すように、有利変異M176I(M1−15)を導入した変異体(Quard15)の耐熱性が最も向上していた。この変異体を第4世代として選択した。
(4th generation selection)
Mutants obtained by introducing four advantageous mutations (M1-1, -11, -12, -14, -15) into the mutant Tri4 into which three advantageous mutations obtained in Example 4 were introduced, 1 was synthesized in the same manner as in Example 1, and the heat resistance was evaluated in the same manner as in Example 2. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 7, the heat resistance of the mutant (Quad15) introduced with the advantageous mutation M176I (M1-15) was most improved. This mutant was selected as the fourth generation.

(第5世代の選択)
実施例5で得られた有利変異が4個導入された変異体Quard15に4つの有利変異(M1−1,−11,−12,−27)をそれぞれ導入し、その変異体を、実施例1と同様にして合成し、実施例2と同様にして耐熱性を評価した。結果を図8に示す。図8に示すように、耐熱評価した。その結果、有利変異A158E(M1−12)を導入した変異体(Quint12)の耐熱性が最も向上していた。この変異体を第5世代として選択した。
(5th generation selection)
Four advantageous mutations (M1-1, -11, -12, -27) were respectively introduced into the mutant Quad15 into which four advantageous mutations obtained in Example 5 were introduced. In the same manner as in Example 2, the heat resistance was evaluated. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 8, the heat resistance was evaluated. As a result, the heat resistance of the mutant (Quint12) introduced with the advantageous mutation A158E (M1-12) was most improved. This mutant was selected as the fifth generation.

(第6世代の選択)
実施例6で得られた有利変異が5個導入された変異体Quint12に耐熱性への寄与度が高かった有利変異Q224R/A226S(M1−37)とその他の3つの有利変異(M1−1,−21,−25)をそれぞれ導入した変異体を、実施例1と同様にして合成し、実施例2と同様にして耐熱性を評価した。結果を図9に示す。図9に示すように、Quint12にQ224R/A226S及び有利変異S100T(M1−25)を導入した変異体(Sept25)の耐熱性が最も向上していた。この変異体を第6世代として選択した。
(6th generation selection)
Advantageous mutation Q224R / A226S (M1-37), which had a high contribution to heat resistance, was added to the mutant Quint12 in which five advantageous mutations obtained in Example 6 were introduced, and three other advantageous mutations (M1-1, M1-1) Mutants into which -21 and -25) were respectively introduced were synthesized in the same manner as in Example 1, and the heat resistance was evaluated in the same manner as in Example 2. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 9, the heat resistance of the mutant (Sept25) in which Q224R / A226S and the advantageous mutation S100T (M1-25) were introduced into Quint12 was most improved. This mutant was selected as the sixth generation.

(1)スクリーニングによる耐熱化変異体の取得
加算していない有利変異(M1−1,−2,−11,−21,−27)を変異体Sept25にばらつきを持って導入後、スクリーニングにより最も高い耐熱性を有する変異体の取得を試みた。具体的には、QuickChange Multi Site-Directed Mutagenesis Kit(Stratagene)を用いて変異を導入し、その変異体92個をクローニングした。実施例1と同様にして試験管内合成した変異体を56℃にて2時間の熱処理後、熱処理前に対する残存活性を指標にスクリーニングを行った。結果を図10に示す。図10に示すように、熱処理に対する残存活性がSept25と比較して約5倍向上した変異体が得られた。
(1) Acquisition of heat-resistant mutants by screening Advantageous mutations (M1-1, -2, -11, -21, -27) that have not been added are introduced into the mutant Sept25 with variation and then the highest by screening. An attempt was made to obtain mutants having heat resistance. Specifically, mutations were introduced using QuickChange Multi Site-Directed Mutagenesis Kit (Stratagene), and 92 mutants thereof were cloned. Mutants synthesized in vitro in the same manner as in Example 1 were subjected to heat treatment at 56 ° C. for 2 hours, and then screened using the remaining activity before heat treatment as an indicator. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 10, a mutant was obtained in which the residual activity against heat treatment was improved about 5 times compared to Sept25.

(2)スクリーニングで得られた変異体の耐熱性評価
上記スクリーニングで、残存活性が高かった上位3個の変異体について、実施例2と同様に耐熱性を評価した。結果を図11に示す。図11に示すように、評価した3変異体は共にSept25と比較して耐熱温度が1℃向上していた。
(2) Evaluation of heat resistance of mutants obtained by screening Heat resistance was evaluated in the same manner as in Example 2 for the top three mutants having the highest residual activity in the above screening. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 11, all of the three mutants evaluated had an improved heat resistant temperature of 1 ° C. compared to Sept25.

(3)スクリーニングで得られた耐熱化変異体のアミノ酸配列の決定
上記で得られた耐熱化変異体のアミノ酸配列を塩基配列解析行うことで解析した。その結果、残りの有利変異(M1−1,−2,−11,−21,−27)がすべて入っていることが分かった。この得られたクローンを耐熱化実験での最終変異体(Mall4と呼ぶ)こととした。
(3) Determination of amino acid sequence of heat-resistant mutant obtained by screening The amino acid sequence of the heat-resistant mutant obtained above was analyzed by base sequence analysis. As a result, it was found that all of the remaining advantageous mutations (M1-1, -2, -11, -21, -27) were included. This obtained clone was designated as the final mutant (referred to as Mall4) in the heat resistance experiment.

(各世代の耐熱化変異体を耐熱性評価)
これまでに得られた各世代の耐熱変異体につき、耐熱試験を行った。結果を図12に示す。図12に示すように、その結果、有利変異を加えるに従い耐熱温度が向上していることが確認できた。初期変異体5−6の耐熱温度が49.9℃であるのに対し、耐熱化変異体Sept25は4.4℃向上した54.3℃、さらに最終変異体Mall4では5.4℃向上した54.3℃であった。
(Evaluation of heat resistance of each generation heat-resistant mutant)
A heat resistance test was conducted for each generation of heat mutants obtained so far. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 12, as a result, it was confirmed that the heat-resistant temperature was improved as the advantageous mutation was added. The heat resistance temperature of the initial mutant 5-6 is 49.9 ° C., whereas the heat resistant mutant Sept25 is improved by 4.4 ° C. to 54.3 ° C., and the final mutant Mall4 is increased by 5.4 ° C. 54 It was 3 ° C.

(試験管内合成セルラーゼの耐久性評価)
野生型PcCBH2、変異体5−6及び耐熱化変異体Sept25を用いて、50℃環境下での耐久性を評価した。具体的には、各セルラーゼを試験管内合成後、50mM酢酸緩衝液pH5.0で100倍に希釈後、50℃で保温した。0,3,6,9,24,32及び52時間後にサンプリングし、その遠心上精の還元糖量を測定した。結果を図13に示す。図13に示すように、野生型PcCBH2が24時間でほぼ失活しているのに対し、Sept25は50℃環境下52時間後でも90%の活性が保たれていた。
(Durability evaluation of synthetic cellulase in vitro)
Durability in a 50 ° C. environment was evaluated using wild-type PcCBH2, mutant 5-6, and heat-resistant mutant Sept25. Specifically, each cellulase was synthesized in vitro, diluted 100-fold with 50 mM acetate buffer pH 5.0, and then incubated at 50 ° C. Sampling was carried out after 0, 3, 6, 9, 24, 32 and 52 hours, and the amount of reducing sugar in the centrifugal supernatant was measured. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 13, wild-type PcCBH2 was almost inactivated in 24 hours, whereas Sept25 maintained 90% activity even after 52 hours in a 50 ° C. environment.

(有利変異の効果の検証)
各耐熱化変異体の親配列を用いて、耐熱温度の理論値と実測値を比較した。耐熱温度の理論値は、各有利変異の耐熱性向上への寄与度(有利変異体の耐熱温度と変異体5−6の耐熱温度との差)をそれぞれ算出し、耐熱化変異体が持つ有利変異の寄与度の合計を変異体5−6の耐熱温度(49.9℃)に足すことで算出した。結果を図14に示す。図14に示すように、耐熱温度の理論値と実測値では直線性が見られた。この結果は、今回のPcCBH2耐熱化実験において加算性がほぼ完全に成り立っていたことを示す。
(Verification of advantageous mutation effect)
Using the parent sequence of each heat-resistant mutant, the theoretical value and the actual measurement value of the heat-resistant temperature were compared. The theoretical value of the heat resistant temperature is calculated by calculating the degree of contribution of each advantageous mutation to the heat resistance improvement (difference between the heat resistant temperature of the advantageous mutant and the heat resistant temperature of the mutant 5-6). The total contribution of mutation was calculated by adding to the heat resistant temperature of mutant 5-6 (49.9 ° C.). The results are shown in FIG. As shown in FIG. 14, linearity was observed between the theoretical value and the actually measured value of the heat resistant temperature. This result indicates that the addability is almost completely established in the present PcCBH2 heat resistance experiment.

(1)酵母での変異体発現及びその精製方法
野生型PcCBH2と、上記で得られた耐熱化変異体Sept25,Mall4を酵母発現ベクターpRS436に導入し、S. cerevisiae BJ5465株でセルラーゼを分泌発現させた。精製は、硫酸アンモニウムを含む緩衝液(1M(NHSO,0.1M Tris pH7.0)で平衡化したアビセルカラムに酵素を吸着させ、上記緩衝液で洗浄後、ミリQ水で溶出した。
(1) Mutant expression in yeast and purification method thereof Wild-type PcCBH2 and the heat-resistant mutants Sept25 and Mall4 obtained above are introduced into the yeast expression vector pRS436, and cellulase is secreted and expressed in S. cerevisiae BJ5465 strain. It was. For purification, the enzyme was adsorbed on an Avicel column equilibrated with a buffer solution containing ammonium sulfate (1M (NH 4 ) 3 SO 4 , 0.1M Tris pH 7.0), washed with the above buffer solution, and then eluted with MilliQ water. did.

(2)精製変異体の定量方法
酵母発現精製変異体につき、SDS−PAGEにかけて、CBB染色したバンドの色の濃さを蛍光イメージアナライザー(FLA9000、富士フィルム株式会社)で検出、画像解析ソフトであるMulti Gauge(富士フィルム株式会社)で定量解析を行った。
(2) Method for quantifying purified mutants This is an image analysis software for detecting and expressing the color density of a CBB-stained band by SDS-PAGE with respect to yeast expression purified mutants using a fluorescence image analyzer (FLA9000, Fuji Film Co., Ltd.). Quantitative analysis was performed with Multi Gauge (Fuji Film Co., Ltd.).

(3)比活性評価
酵母発現精製セルラーゼの比活性を評価した。各セルラーゼの量は定量解析結果に基づき10ngに調整し、0.5%PSC100μlで40℃にて3時間反応させた。遠心上精の還元糖量をTZアッセイ法で評価した。結果を図15に示す。図15に示すように、精製セルラーゼの比活性は野生型と比較して、Sept25は約90%、Mall4はほぼ同じであった。
(3) Specific activity evaluation The specific activity of the yeast expression purified cellulase was evaluated. The amount of each cellulase was adjusted to 10 ng based on the results of quantitative analysis, and reacted at 40 ° C. for 3 hours with 100 μl of 0.5% PSC. The amount of reducing sugar in the centrifugal supernatant was evaluated by TZ assay. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 15, the specific activity of the purified cellulase was about 90% for Sept25 and almost the same for Mall4 compared to the wild type.

(1)酵母発現変異体の耐熱性評価
実施例13で取得した酵母で発現させた変異体の耐熱性評価を行った。各サンプルを同じタンパク質濃度(10ng/50μl)に50mM酢酸緩衝液pH5.0で希釈し、実施例2に準じた方法で耐熱評価を行った。なお、チューブへの非特異的吸着を防ぐために終濃度0.01%となるように界面活性剤TritonX−100を酢酸緩衝液に添加し用いた。なお、同時に、実施例1に示す方法で試験管内合成したWT、Sept25、Mall4の耐熱性も併せて評価した。耐熱性は49,51,53,55,57,59℃で2時間保温後の残存活性で評価した。結果を図16に示す。図16に示すように、酵母発現変異体でもWT、Sept25、Mall4の順に耐熱性が向上し、試験管内合成での結果と同様に導入した耐熱性有利変異が多く持つほど耐熱性が向上していた。また、酵母発現変異体は、試験管内合成の変異体よりもいずれも耐熱温度が向上した。すなわち、酵母発現変異体のMall4の耐熱温度はWTと比較して、5.7℃耐熱温度が向上し、58.1℃であった。試験管内合成酵素と酵母発現酵素との耐熱温度の差は、酵母発現によるタンパク質への糖鎖修飾による耐熱性向上の効果によるものであると考えられた。
(1) Evaluation of heat resistance of yeast-expressing mutants The heat resistance of mutants expressed in yeast obtained in Example 13 was evaluated. Each sample was diluted to the same protein concentration (10 ng / 50 μl) with 50 mM acetate buffer pH 5.0, and the heat resistance was evaluated by the method according to Example 2. In order to prevent non-specific adsorption to the tube, a surfactant Triton X-100 was added to the acetate buffer so that the final concentration was 0.01%. At the same time, the heat resistance of WT, Sept25, and Mall4 synthesized in a test tube by the method shown in Example 1 was also evaluated. The heat resistance was evaluated by the residual activity after incubation for 2 hours at 49, 51, 53, 55, 57, and 59 ° C. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 16, the heat resistance of yeast-expressing mutants also improved in the order of WT, Sept25, and Mall4, and the more heat resistant beneficial mutations introduced as in the results of in vitro synthesis, the better the heat resistance. It was. In addition, the yeast expression mutants had higher heat resistant temperatures than the mutants synthesized in vitro. That is, the heat resistant temperature of the yeast expression mutant Mall4 was 58.1 ° C., which was 5.7 ° C. higher than that of WT. The difference in heat-resistant temperature between the in vitro synthase and the yeast-expressed enzyme was thought to be due to the effect of improving heat resistance by modifying the sugar chain on the protein due to yeast expression.

(2)酵母発現変異体の耐久性評価
野生型PcCBH2、耐熱化変異体Sept25及びMall4を用いて、50℃環境下での耐久性を評価した。具体的には、各タンパク質を同じタンパク質濃度(10ng/50ul)に50mM酢酸緩衝液pH5.0で希釈後、50℃で保温。0,6,24,40,50,72時間後にサンプリングし、その遠心上精の還元糖量を測定した。結果を図17に示す。図17に示すように、野生型PcCBH2が72時間後でほぼ失活しているのに対し、耐熱化変異体(Sept25及びMall4)は、50℃環境下72時間後でも90%以上の活性が保たれていた。
(2) Durability Evaluation of Yeast Expression Mutant Durability in a 50 ° C. environment was evaluated using wild type PcCBH2, heat-resistant mutants Sept25 and Mall4. Specifically, each protein was diluted with 50 mM acetate buffer pH 5.0 to the same protein concentration (10 ng / 50 ul), and then kept at 50 ° C. Sampling was performed after 0, 6, 24, 40, 50, and 72 hours, and the amount of reducing sugar in the centrifugally purified supernatant was measured. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 17, wild type PcCBH2 was almost inactivated after 72 hours, whereas thermostabilized mutants (Sept25 and Mall4) had 90% or more activity even after 72 hours in a 50 ° C. environment. It was kept.

(3)酵母発現変異体のpH依存性評価
酵母発現変異体のpH依存性を評価した。各タンパク質(野生型PcCBH2、Sept25、Mall4)を0.5mM酢酸緩衝液pH5.0で同じタンパク質濃度(10ng/50μl)に希釈したものを用いた。pH3から9に25mMリン酸クエン酸緩衝液で調整した1%PSCに各タンパク質を同量加え、40℃で16時間分解反応させた後、遠心上精の還元糖量でTZアッセイ法にて評価した。結果を図18に示す。図18に示すように、耐熱化変異体も野生型PcCBH2と同じ挙動を示し、pH4及び5をピークとしてなだらかに相対活性は落ちていた。
(3) Evaluation of pH dependence of yeast expression mutants The pH dependence of yeast expression mutants was evaluated. Each protein (wild type PcCBH2, Sept25, Mall4) diluted with 0.5 mM acetate buffer pH 5.0 to the same protein concentration (10 ng / 50 μl) was used. The same amount of each protein was added to 1% PSC adjusted to pH 3 to 9 with 25 mM phosphate citrate buffer, and the mixture was allowed to decompose at 40 ° C. for 16 hours. did. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 18, the heat-resistant mutant also showed the same behavior as wild-type PcCBH2, and the relative activity gradually decreased with pH 4 and 5 as peaks.

(4)酵母発現変異体のエタノール濃度依存性評価
酵母発現変異体のエタノール濃度に対する依存性を評価した。各タンパク質(野生型PcCBH2、Sept25、Mall4)を50mM酢酸緩衝液pH5.0でセルラーゼ濃度(10ng/50ul)に希釈後、エタノール濃度を0,2,5,10%に調整した各0.8%PSCに同量加え、40℃で16時間分解反応させ、遠心上精の還元糖量をTZアッセイ法にて評価した。結果を図19に示す。図19に示すように、耐熱化変異体も野生型PcCBH2と同じ挙動を示し、エタノール濃度の増加とともにセルラーゼ活性は減少していた。
(4) Evaluation of dependency of yeast expression mutant on ethanol concentration The dependency of yeast expression mutant on ethanol concentration was evaluated. Each protein (wild-type PcCBH2, Sept25, Mall4) was diluted with 50 mM acetate buffer pH 5.0 to a cellulase concentration (10 ng / 50 ul), and then each ethanol concentration was adjusted to 0, 2, 5, 10% 0.8% The same amount was added to PSC, followed by degradation reaction at 40 ° C. for 16 hours, and the amount of reducing sugar in the centrifugal supernatant was evaluated by TZ assay. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 19, the thermostabilized mutant also showed the same behavior as wild-type PcCBH2, and the cellulase activity decreased with increasing ethanol concentration.

(5)温度依存性評価
酵母発現変異体の温度依存性を評価した。各タンパク質(野生型PcCBH2およびMall4)を50mM酢酸緩衝液pH5.0でセルラーゼ濃度(10ng/50μl)に希釈、50mM酢酸緩衝液pH5.0で100倍希釈後同量の1%PSCと混合し、25℃、30℃,35℃,40℃,45℃,50℃,55℃,60℃,65℃及び70℃で0,1,2,3及び5時間反応させた。分解活性の評価はそれぞれの遠心上精の還元糖量で行った。なお至適温度の評価は、経時変化の傾きが直線性に保たれている、2時間後のデータを用いた。結果を図20に示す。図20に示すように、高温側(55〜70℃)では耐熱化変異体Mall4は野生型PcCBH2よりも相対活性が向上していた。一方低温(25〜50℃)では、Mall4の相対活性は野生型PcCBH2とほぼ同じであった。
(5) Temperature dependence evaluation The temperature dependence of the yeast expression mutant was evaluated. Each protein (wild type PcCBH2 and Mall4) was diluted to a cellulase concentration (10 ng / 50 μl) with 50 mM acetate buffer pH 5.0, diluted 100-fold with 50 mM acetate buffer pH 5.0, and then mixed with the same amount of 1% PSC. The reaction was carried out at 25 ° C, 30 ° C, 35 ° C, 40 ° C, 45 ° C, 50 ° C, 55 ° C, 60 ° C, 65 ° C and 70 ° C for 0, 1, 2, 3 and 5 hours. The degradation activity was evaluated based on the amount of reducing sugar in each centrifugal supernatant. The evaluation of the optimum temperature used data after 2 hours in which the slope of the change with time was kept linear. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 20, on the high temperature side (55 to 70 ° C.), the heat-resistant mutant Mall4 had a higher relative activity than the wild type PcCBH2. On the other hand, at low temperature (25-50 ° C.), the relative activity of Mall4 was almost the same as that of wild-type PcCBH2.

(市販酵素セルクラストとの相乗効果)
野生型PcCBH2は市販酵素セルクラストへの添加により、単体での分解活性以上の効果を上げる、すなわち相乗効果を示すことが知られている。そこで耐熱性PcCBH2変異体Mall4においてもセルクラストへの添加効果を調べた。酵母発現させて精製した野生型PcCBH2及びMall4を、単独及び種々の比率で混合し、アビセルを基質として(最終濃度0.25%)40℃で16時間分解反応を行った後、遠心上精の還元糖量で評価した。結果を図21に示す。図21の上段に野生型PcCBH2の評価結果を示し、同下段にMall4変異体の評価結果を示す。各グラフの上辺にPcCBH2の添加量を示し、下辺にセルクラストの添加量を示す。セルクラスト及びPcCBH2の単独の活性をそれぞれダイヤ及び四角で表し、相加予測値を×で表し、実測された相乗効果を三角で表す。
(Synergistic effect with commercial enzyme cell crust)
It is known that wild-type PcCBH2 increases the effect more than the decomposition activity of a single substance, that is, exhibits a synergistic effect when added to a commercially available enzyme cell crust. Therefore, the effect of addition to cell crust was also examined in the thermostable PcCBH2 mutant Mall4. Wild-type PcCBH2 and Mall4 purified by yeast expression were mixed alone and in various ratios, and subjected to a degradation reaction at 40 ° C for 16 hours using Avicel as a substrate (final concentration 0.25%). Evaluated by quantity. The results are shown in FIG. The upper part of FIG. 21 shows the evaluation result of wild-type PcCBH2, and the lower part of FIG. 21 shows the evaluation result of Mall4 mutant. The upper side of each graph shows the added amount of PcCBH2, and the lower side shows the added amount of cell crust. Cell crust and PcCBH2 single activities are represented by diamonds and squares, additive predictions are represented by x, and the measured synergistic effects are represented by triangles.

図21に示すように、セルクラストの添加に対して野生型PcCBH2及びMall4はともに同じ挙動を示し、混合時の還元糖量は、いずれも、相加予測値を上回る値を示した。以上より、耐熱性変異体Mall4は、野生型PcCBH2と同様に、セルクラストとの相乗効果を持つことが示された。   As shown in FIG. 21, both wild-type PcCBH2 and Mall4 showed the same behavior with respect to the addition of cell crust, and the amounts of reducing sugars during mixing both exceeded the predicted addition value. From the above, it was shown that the heat-resistant mutant Mall4 has a synergistic effect with the cell crust, like the wild-type PcCBH2.

(CBD欠失PcCBH2変異体の耐熱性評価)
耐熱性変異体Mall4のCBD部位を削除した変異体を作製した。当該変異体は、pET23bのNdeI/HindIIIに当該変異体をコードするDNAを挿入したプラスミドをテンプレートに、2種類のオリゴマー配列(5’-GGATCTGCGGTCACGACCACCTCCGTT -3’(配列番号9), 5’- CATATGTATATCTCCTTCTTAAAGT-3’(配列番号10)をプライマーとしてインバースPCRを行った。取得したPCR産物につき、アガロースゲル電気泳動、ゲル染色にて目的バンドを取り出し、ゲル中のDNAをキット(Wizard(R) SV Gel and PCR Clean-up System、Promega)を用いて抽出した。抽出したDNA断片をポリヌクレオチドキナーゼ(New England BioLabs)で両5’- 末端をリン酸化後、ライゲーションキット(DNA Ligation kit、Takara)を用いてライゲーション反応をさせた。ライゲーション産物を大腸菌DH5α株に導入し、その形質転換体を培養後、プラスミド抽出精製キット(QIAprep Spin Miniprep Kit、Qiagen)で目的のDNA断片を含むプラスミドを取り出した。CBD部位の欠失は、シーケンスにより確認した。
次いで、無細胞合成法により変異体タンパク質を取得した。すなわち、試験管内合成の鋳型として、作製したプラスミドに対して2本のプライマー(5’- ATCTC GATCC CGCGA AATTA ATAC-3’(配列番号7)、 5’- TCCGGATATAGTTCCTCCTTTCAG-3’(配列番号8)で増幅、PCR purification kit (Qiagen)で精製したPCR産物を使用した。なおこのPCR産物には、T7プロモーター配列、開始コドン、遺伝子配列、終始コドン、ターミネーター配列が含まれている。
(Evaluation of heat resistance of Cc-deficient PcCBH2 mutants)
A mutant was prepared by deleting the CBD site of the thermostable mutant Mall4. The mutant is composed of two types of oligomer sequences (5′-GGATCTGCGGTCACGACCACCTCCGTT -3 ′ (SEQ ID NO: 9), 5′-CATATGTATATCTCCTTCTTAAAGT-) using a plasmid in which DNA encoding the mutant is inserted into NdeI / HindIII of pET23b as a template. Inverse PCR was performed using 3 ′ (SEQ ID NO: 10) as a primer, and the obtained PCR product was extracted by agarose gel electrophoresis and gel staining, and the DNA in the gel was removed from the kit (Wizard® SV Gel and Extracted using PCR Clean-up System (Promega) After phosphorylating both 5'-ends with polynucleotide kinase (New England BioLabs), the extracted DNA fragment was used with ligation kit (DNA Ligation kit, Takara). The ligation product was introduced into E. coli DH5α strain, the transformant was cultured, and then a plasmid extraction purification kit (QIAprep Spin Miniprep K The plasmid containing the target DNA fragment was taken out by it, Qiagen), and deletion of the CBD site was confirmed by sequencing.
Subsequently, the mutant protein was obtained by a cell-free synthesis method. That is, as a template for in vitro synthesis, two primers (5′-ATCTC GATCC CGCGA AATTA ATAC-3 ′ (SEQ ID NO: 7), 5′-TCCGGATATAGTTCCTCCTTTCAG-3 ′ (SEQ ID NO: 8) were used for the prepared plasmid. A PCR product purified by amplification and PCR purification kit (Qiagen) was used, which contains a T7 promoter sequence, start codon, gene sequence, stop codon, and terminator sequence.

試験管内合成は、表7に示す組成の反応液で、26℃、3時間、in vitroでの転写翻訳共役反応を行なった。無細胞蛋白質合成反応の促進剤として、ATPの枯渇を補うためにクレアチンキナーゼをATP生成酵素(ADP+ホスホクレアチン→ATP)として、リファンピシンはRNA合成開始阻害剤、フォリン酸はRNA転写阻害剤として添加した。また、タンパク質のフォールディングを助ける因子として、各種シャペロンを高発現した大腸菌A19株から抽出したS30菌体抽出液(−DTT)を用いた。更に、S−S結合形成促進因子であるカビ由来プロテインジスルフィドイソメラーゼも添加した。なお合成されたセルラーゼ量を評価するため、蛍光標識されたリジン(FluoroTect GreenLys in vitro Translation Labeling System:プロメガ)を混ぜて合成反応を行った。なお、併せて、変異体5-6及びMall4も試験管内合成した。   In vitro synthesis was performed by a reaction solution having the composition shown in Table 7 and in vitro transcription / translation coupling reaction at 26 ° C. for 3 hours. As a promoter of cell-free protein synthesis reaction, creatine kinase was added as an ATP-generating enzyme (ADP + phosphocreatine → ATP) to compensate for ATP depletion, rifampicin was added as an RNA synthesis initiation inhibitor, and folinic acid was added as an RNA transcription inhibitor . In addition, S30 cell extract (-DTT) extracted from Escherichia coli A19 strain that highly expressed various chaperones was used as a factor to assist protein folding. Furthermore, mold-derived protein disulfide isomerase, which is an SS bond formation promoting factor, was also added. In order to evaluate the amount of cellulase synthesized, a synthetic reaction was performed by mixing lysine (FluoroTect GreenLys in vitro Translation Labeling System: Promega) labeled with fluorescence. In addition, mutants 5-6 and Mall4 were also synthesized in vitro.

(CBDを欠失したPhanerochaete chrysosporium由来のセロビオヒドロラーゼIIの試験内合成のためのDNA断片の調製)
pET23bのNdeI/HindIIIにファネロケーテ由来セロビオヒドラーゼ遺伝子(配列番号3)を挿入したプラスミドpET23b_PcCBH2wtをテンプレートに、2種類のオリゴマー配列(5’-GGATCTGCGGTCACGACCACCTCCGTT -3’(配列番号9), 5’- CATATGTATATCTCCTTCTTAAAGT-3’(配列番号10))をプライマーとしてインバースPCRを行った。取得したPCR産物につき、アガロースゲル電気泳動、ゲル染色にて目的バンドを取り出し、ゲル中のDNAをキット(Wizard(R) SV Gel and PCR Clean-up System、Promega)を用いて抽出した。抽出したDNA断片をポリヌクレオチドキナーゼ(New England BioLabs)で両5’- 末端をリン酸化後、ライゲーションキット(DNA Ligation kit、Takara)を用いてライゲーション反応をさせた。ライゲーション産物を大腸菌DH5α株に導入し、その形質転換体を培養後、プラスミド抽出精製キット(QIAprep Spin Miniprep Kit、Qiagen)で目的ノDNA断片を含むプラスミドを取り出した。CBD部位の欠失は、シーケンスにより確認した。
(Preparation of DNA fragment for in-situ synthesis of cellobiohydrolase II from Phanerochaete chrysosporium lacking CBD)
Two types of oligomer sequences (5'-GGATCTGCGGTCACGACCACCTCCGTT-3 '(SEQ ID NO: 9), 5'- CATATGTATATCTCCTTCTTAAAGT, using the plasmid pET23b_PcCBH2wt into which the cellobiohydrase gene (SEQ ID NO: 3) was inserted into NdeI / HindIII of pET23b Inverse PCR was performed using -3 ′ (SEQ ID NO: 10) as a primer. For the obtained PCR product, the target band was taken out by agarose gel electrophoresis and gel staining, and the DNA in the gel was extracted using a kit (Wizard® SV Gel and PCR Clean-up System, Promega). The extracted DNA fragment was phosphorylated at both 5′-ends with a polynucleotide kinase (New England BioLabs), and then ligated using a ligation kit (DNA Ligation kit, Takara). The ligation product was introduced into E. coli DH5α strain, the transformant was cultured, and a plasmid containing the target DNA fragment was taken out using a plasmid extraction purification kit (QIAprep Spin Miniprep Kit, Qiagen). The deletion of the CBD site was confirmed by sequencing.

取得した各セルラーゼの耐熱性を評価した。その結果を図22に示す。図22に示すように、耐熱化変異体Mall4及びCBDを欠失させた耐熱化変異体Mall4は、いずれも変異体5-6(CBD保有)と比較して、初期配列と比較して良好な耐熱性を有していることがわかった。この結果から、本明細書に開示される変異体は、CBDの保有状態にかかわらず、触媒ドメインの変異に基づき、耐熱性を発揮できることがわかった。   The heat resistance of each cellulase obtained was evaluated. The result is shown in FIG. As shown in FIG. 22, the heat-resistant mutant Mall4 and the heat-resistant mutant Mall4 from which CBD has been deleted are all better than the initial sequence compared to the mutant 5-6 (having CBD). It was found to have heat resistance. From this result, it was found that the mutant disclosed in the present specification can exhibit heat resistance based on the mutation of the catalytic domain regardless of the possession state of CBD.

(異種生物由来のCBDに置換した変異体の耐熱性評価)
野生型および耐熱化変異体Mall4のCBD部位をトリコデルマ・ハージャナム(Trichoderma harsianum)由来エンドグルカナーゼ(EGII)のCBDに交換した変異体を作製した。これら2種類の変異体を、それぞれThCBD1-PcCD(W)、ThCBD1-Mall4(W)と標記する。
(Evaluation of heat resistance of mutants substituted with CBD from different organisms)
A mutant was prepared by exchanging the CBD site of wild type and heat-resistant mutant Mall4 with CBD of endoglucanase (EGII) derived from Trichoderma harsianum. These two types of mutants are designated as ThCBD1-PcCD (W) and ThCBD1-Mall4 (W), respectively.

これらの変異体のうち、ThCBD1-PcCD(W)は、T. harzianumのエンドグルカナーゼIIのCBD1由来のCBD1領域(リンカーを含む、以下ThCBD1+リンカー部分という。配列番号11、12)とP. chrysosporiumのセロビオヒドロラーゼII(以下、PcCBH2全長という。(配列番号3,4))のCD領域(PcCD、リンカー含む、配列番号13,14)とを融合した変異体である。この変異体をSaccharomyces cerevisiaeで分泌発現するための発現ベクターを以下のように作製した。   Among these mutants, ThCBD1-PcCD (W) is a CBD1 region derived from CBD1 of T. harzianum endoglucanase II (including a linker, hereinafter referred to as ThCBD1 + linker portion; SEQ ID NO: 11, 12) and P. chrysosporium. It is a variant in which the cell region of cellobiohydrolase II (hereinafter referred to as full-length PcCBH2 (SEQ ID NOs: 3 and 4)) is fused with the CD region (PcCD, including linker, SEQ ID NOs: 13 and 14). An expression vector for secreting and expressing this mutant in Saccharomyces cerevisiae was prepared as follows.

変異体の基となるThCBD1+リンカー部分とPcCBH2全長を酵母コドンに最適化された形で全合成をオペロンバイオテクノロジ株式会社に依託した。全合成されたDNA断片を基に、以下に示すプライマーを用いて、オーバーラッピングPCRを用いて、ThCBD1+リンカー部分をPcCDに融合させた遺伝子断片(ThCBD1-PcCD(W))を作製した。   The total synthesis was commissioned to Operon Biotechnology Co., Ltd., with the ThCBD1 + linker moiety and PcCBH2 full length, which are the basis of the mutant, optimized for yeast codons. Based on the total synthesized DNA fragment, a gene fragment (ThCBD1-PcCD (W)) in which a ThCBD1 + linker moiety was fused to PcCD was produced by using overlapping primers and the following primers.

S.cerevisiaeでの分泌発現にはpAUR112(タカラバイオ)のSmaIサイトにTDH3プロモーター-Rhizopus orizaeのグルコアミラーゼ由来シグナル配列(MQLFNLPLKVSFFLVLSYFSLLVSAA)-CYCターミネーターを挿入したpAUR112-GAPSSRGを用いた。pAUR112-GAPSSRGをSphI、ClaIで制限酵素処理し、In-Fusion Advantage PCR Cloning Kit(タカラバイオ)を用いて、作製した4種類の遺伝子がRhizopus orizaeのグルコアミラーゼ由来シグナル配列の下流に来るようにサブクローニングし、分泌発現ベクターを構築した。構築したベクターをFrozen-EZ Yeast Transformation II Kit(Zymo Research)を用いてBJ5465株に形質転換し、プラスミドに準備された選択マーカーにより、各形質転換体を選択した。   For secretion expression in S. cerevisiae, pAUR112-GAPSSRG in which a TDH3 promoter-Rhizopus orizae glucoamylase-derived signal sequence (MQLFNLPLKVSFFLVLSYFSLLVSAA) -CYC terminator was inserted into the SmaI site of pAUR112 (Takara Bio) was used. Subcloning pAUR112-GAPSSRG with restriction enzymes treated with SphI and ClaI and using the In-Fusion Advantage PCR Cloning Kit (Takara Bio) so that the four genes produced are downstream of the signal sequence derived from glucoamylase of Rhizopus orizae Then, a secretory expression vector was constructed. The constructed vector was transformed into BJ5465 strain using Frozen-EZ Yeast Transformation II Kit (Zymo Research), and each transformant was selected with a selection marker prepared in the plasmid.

また、ThCBD1-Mall4(W)は、触媒ドメイン配列を酵母コドンに最適化されたMall4を用い、ThCBD1-PcCD(W)の取得時に用いたのと同じプライマーを用いて、オーバーラッピングPCRによりThCBD1-Mall4(W)(ThCBD1+リンカー部分をMall4のCD(リンカー部分を含む)に融合した)遺伝子断片を作製した。その後、上記と同様にして作製した形質転換体からこの変異体を取得した。これらの変異体をそれぞれ分泌発現させた酵母の培養上精を用いて耐熱性評価を行った。結果を図23に示す。   In addition, ThCBD1-Mall4 (W) uses Mall4 whose catalytic domain sequence is optimized for yeast codons and uses the same primers as those used for obtaining ThCBD1-PcCD (W). Mall4 (W) gene fragment (ThCBD1 + linker part fused to Mall4 CD (including linker part)) gene fragment was prepared. Thereafter, this mutant was obtained from a transformant prepared in the same manner as described above. Evaluation of heat resistance was carried out using the culture supernatant of yeast in which each of these mutants was secreted and expressed. The results are shown in FIG.

図23に示すように、耐熱化変異体Mall4の触媒ドメインを持つThCBD1-Mall4(W)は、野生型PcCBH2およびThCBS1-PcCD(W)と比較して、耐熱性が向上していることが示された。すなわち、CBDを異種生物由来のものに交換してもMall4の触媒ドメインを持つセルラーゼの耐熱性が向上した。以上の結果から、耐熱性変異を持つ触媒ドメインCBDの由来にかかわらず、セルラーゼの耐熱性向上に寄与していることを意味している。   As shown in FIG. 23, it is shown that ThCBD1-Mall4 (W) having the catalytic domain of thermostable mutant Mall4 has improved heat resistance compared to wild-type PcCBH2 and ThCBS1-PcCD (W). It was done. That is, the heat resistance of cellulase having the Mall4 catalytic domain was improved even when CBD was exchanged with one derived from a different organism. From the above results, it is meant that it contributes to the improvement of the heat resistance of cellulase regardless of the origin of the catalytic domain CBD having a heat resistant mutation.

実施例16及び17の結果によれば、耐熱性変異を有する触媒ドメインを用いることで、CBDの有無や種類にかかわらず、耐熱性セルラーゼを提供できることがわかった。   According to the results of Examples 16 and 17, it was found that a thermostable cellulase can be provided by using a catalytic domain having a thermostable mutation regardless of the presence or type of CBD.

配列番号5、6:変異体、配列番号7〜10、15〜18:プライマー SEQ ID NOs: 5 and 6: mutants, SEQ ID NOs: 7 to 10, 15 to 18: primers

Claims (18)

セロビオヒドロラーゼ活性を有するタンパク質であって、
配列番号2で表されるアミノ酸配列において以下に示すアミノ酸置換の表から選択される1又は2以上のアミノ酸置換に相当するアミノ酸置換を有するアミノ酸配列を備える、タンパク質。
A protein having cellobiohydrolase activity,
A protein comprising an amino acid sequence having an amino acid substitution corresponding to one or more amino acid substitutions selected from the amino acid substitution table shown below in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2.
前記アミノ酸配列は、配列番号2で表されるアミノ酸配列において以下の表の各欄に示すアミノ酸置換に相当するアミノ酸置換の組み合わせを有するアミノ酸配列から選択される、請求項1に記載のタンパク質。
The protein according to claim 1, wherein the amino acid sequence is selected from amino acid sequences having a combination of amino acid substitutions corresponding to the amino acid substitutions shown in each column of the following table in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2.
請求項1又は2に記載のタンパク質を発現するように遺伝子組換えされた真核細胞の形質転換細胞によって生産された請求項1又は2に記載のタンパク質。   3. The protein of claim 1 or 2 produced by a transformed eukaryotic cell that has been genetically modified to express the protein of claim 1 or 2. 請求項1〜3のいずれかに記載のタンパク質をコードするDNA。   DNA encoding the protein according to any one of claims 1 to 3. 請求項4に記載のDNAを含む発現用DNA構築物。   An expression DNA construct comprising the DNA of claim 4. 請求項5記載のDNA構築物によって形質転換された細胞。   A cell transformed with the DNA construct according to claim 5. 請求項1又は2に記載のタンパク質を表層提示又は細胞外分泌する、請求項6に記載の細胞。   The cell according to claim 6, wherein the protein according to claim 1 or 2 is surface-presented or extracellularly secreted. 真核微生物である、請求項6又は7に記載の細胞。   The cell according to claim 6 or 7, which is a eukaryotic microorganism. 前記真核微生物は、非セルラーゼ生産微生物である、請求項8記載の細胞。   The cell according to claim 8, wherein the eukaryotic microorganism is a non-cellulase-producing microorganism. 酵母である、請求項8又は9に記載の細胞。   The cell according to claim 8 or 9, which is a yeast. 麹菌である、請求項8又は9に記載の細胞。   The cell according to claim 8 or 9, which is a koji mold. 前記真核微生物は、セルラーゼ生産微生物である、請求項8記載の細胞。   The cell according to claim 8, wherein the eukaryotic microorganism is a cellulase-producing microorganism. 前記セルラーゼ生産微生物は、Trichoderma reeseiである、請求項12に記載の細胞。   The cell according to claim 12, wherein the cellulase-producing microorganism is Trichoderma reesei. 請求項1〜3のいずれかに記載のタンパク質を含むセルラーゼ組成物。   A cellulase composition comprising the protein according to claim 1. セルロースの分解産物の生産方法であって、
セルロースを含む材料と上記タンパク質を含む1種又は2種以上のセルラーゼとを接触させる工程を含む、生産方法。
A method for producing a degradation product of cellulose,
A production method comprising a step of bringing a material containing cellulose into contact with one or more cellulases containing the protein.
有用物質の生産方法であって、
セルロースを含む炭素源を、上記タンパク質を含む2種以上のセルラーゼの存在下、微生物を培養する工程を含む、有用物質の生産方法。
A method for producing useful substances,
A method for producing a useful substance, comprising a step of culturing a microorganism using a carbon source containing cellulose in the presence of two or more cellulases containing the protein.
前記微生物は、請求項1〜3のいずれかに記載のタンパク質をその細胞外に分泌又は細胞表層に提示する、請求項に記載の生産方法。   The production method according to claim 1, wherein the microorganism secretes the protein according to any one of claims 1 to 3 outside the cell or presents the protein on a cell surface. 請求項1〜3のいずれかに記載のタンパク質を含む、タンパク質複合体。   A protein complex comprising the protein according to claim 1.
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